Уравнение энергетического баланса если в системе происходит радиационно конвективный теплообмен (8 видео)

Радиационно-конвективный теплообмен

Содержание

Радиационно-конвективный теплообмен
Радиационно-конвективный теплообмен
Теплообмен на поверхностях в помещении. Уравнение теплового баланса поверхностей. Радиационная температура помещения.
📹 Видео

Видео:Урок 112 (осн). Уравнение теплового балансаСкачать

Радиационно-конвективный теплообмен

В большинстве случаев, лучистый теплообмен происходит одновременно с конвекцией. Поверхность может получать и выделять тепло через контакт с газовой средой и через лучистый теплообмен с окружающими твердыми телами и газами. Теплопередача за счет излучения между рассматриваемой поверхностью и твердым телом, газом или факелом определяется по формуле（13.7). Эти выражения могут быть представлены в виде отношения 1 7₁ = энси (13.26). Где f-тепловой поток на единицу рассматриваемой поверхности. L-температура газа, факела или твердого тела, участвующего в теплопередаче из-за излучения от рассматриваемой поверхности.

Локальный коэффициент теплоомена можно получить из этого соотношения дифференцированием. Людмила Фирмаль

В этой формуле степень уменьшения черноты системы определяется по-разному, в зависимости от вилы, формы и расположения объекта, участвующего в теплопередаче. В общем случае рассматриваемая поверхность может быть вовлечена в теплообмен излучением газов или факелов, а также некоторыми solids. At при одинаковой температуре этих тел и среды Т плотность теплового потока, обусловленная радиационным переносом тепла, может быть определена по следующему уравнению (13.27） (13.28)） Это значение также может быть выражено уравнением конвективного теплообмена (1.18).Если приравнять правую и левую части уравнения (13.27) и (1.18)、 «Иал» •10 — ⁸ (77 + 77 т. + п) 2 ЭОР.

Если температура объекта, определяющая лучистый теплообмен и конвективный теплообмен, не одинакова, то суммарный тепловой поток определяется как сумма отдельно рассчитанных лучистого и конвективного тепловых потоков. Когда капающая жидкость участвует в теплопередаче. При проектировании машины или устройства часто приходится ослаблять или усиливать передачу тепла через стенки.

Уравнение Хаузена дает осредненный коэффициент теплообмена на участке между началом нагретой части трубы и точкой х. Людмила Фирмаль

Снижая интенсивность теплопередачи, уменьшают теплопотери через стенки или получают теплозащиту частей устройства, прилегающих к горячей поверхности. Эта проблема может быть решена путем оскорбления поверхности высокой температуры. Для уменьшения габаритов и веса теплообменника необходимо усилить процесс теплообмена.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

Видео:Урок 175. Уравнение теплового балансаСкачать

Радиационно-конвективный теплообмен

Этот вид теплообмена также является достаточно распространенным в технике. И так же как при радиационно-кондуктивном методе, в наиболее простых случаях предполагают, что эти виды теплообмена не взаимодействуют друг с другом по отношению к искомой величине. Поэтому они рассматриваются отдельно, а полученные результаты суммируются:

Тогда плотность результирующего потока:

В качестве примера рассмотрим течение прозрачного газа в нагретой трубе с черной внутренней поверхностью (рис. 4.4). Труба имеет тонкие стенки, наружная поверхность которых идеально изолирована. Стенки трубы равномерно нагреваются. Коэффициент конвективной теплоотдачи к газу предполагается постоянным. Средняя скорость газа V , теплоемкость с_р и ПЛОТНОСТЬ Р — величины постоянные.

Рассмотрим уравнение баланса энергии для кольцевого элемента внутренней поверхности трубы длиной dX в точке X :

Рис. 4.4. Течение газа в трубе с равномерным распределением плотности теплового потока на стенке и изолированной наружной поверхностью

Предполагается, что окружающая среда оказывает такое же действие, как черные диски, имеющие заданные температуры соответственно на входе Г] и выходе Т_г2. Также предполагается, что окружающая среда на входе и выходе имеет температуру входящего Г,, и выходящего T_g ₂ газа.

Энергия, отводимая конвекцией и излучением от кольцевого элемента, расположенного на расстоянии X от входа, равна:

Пренебрегая теплопроводностью в осевом направлении, получим, что поток энергии, подводимой к кольцевому элементу, будет равен потоку энергии, отводимой от него энергии. Приравнивая (4.28) и (4.29) и используя соотношение взаимности для углового коэффициента излучения (р, разделив левую и правую части на TtDdX , получим:

Тогда уравнения баланса энергии для стенки и элементарного объема газа будут иметь вид:

=s’L (*)- c

Угловые коэффициенты получены с помощью известных выражений для угловых коэффициентов двух дисков путем двукратного дифференцирования (p_{F F} :

Тогда для рассматриваемого случая угловой коэффициент для двух разделенных расстоянием |п — колец ( ? = ^,7] = , 7 = имеет вид:

Уравнение (4.36) является линейным дифференциальным уравнением первого порядка, которое в общем виде можно решить с помощью метода интегрирующего множителя [4]. При граничном условии х = 0 задана температура t ,. В общем виде решение записывается следующим образом:

Sx j e s % (frig +(4.39) О

Подставляя это решение в (4.37), можно получить интегральное уравнение относительно температуры стенки трубы:

Анализ этого уравнения [4] показывает, что при совместном действии излучения и конвекции для коротких труб влияние излучения существенно по всей длине. Таким образом, распределение температу ры в этом случае аналогично случаю действия только излучения. В средней части длинной трубы распределение температуры близко к распределению температуры в случае действия только конвекции. Таким образом, теплообмен при совместном действии конвекции и излучения происходит интенсивней, чем при каком-либо одном виде теплообмена.

Выясним влияние состояния поверхности излучения. Из условия теплового баланса на элементарной диффузно-серой поверхности, расположенной на расстоянии С от входа, получим следующее уравнение:

где Е_пад, Е_эф — плотности потоков падающего и эффективного излучений.

Решая совместно уравнения (4.41) и (4.42), получим:

Видео:Теплообмен. Уравнение теплового баланса 8-10 класс | Физика TutorOnlineСкачать

Теплообмен на поверхностях в помещении. Уравнение теплового баланса поверхностей. Радиационная температура помещения.

Отопительные устройства обычно имеют нагретые поверхности, от которых теплота передается помещению (исключение составляют воздушные системы отопления, в которых теплота подается в помещение с нагретым воздухом). Поверхности наружных ограждений холодные и через них помещение теряет теплоту. Поэтому важной составляющей, формирующей тепловой режим помещения, является теплообмен на нагретой и охлажденной поверхностях.

Количество теплоты, которое воспринимает или отдает поверхность в результате сложного лучисто-конвективного теплообмена в помещении, равно количеству теплоты, которое передается к поверхности или отводится от нее теплопроводностью. Тепловой баланс на поверхности соблюдается в стационарных и нестационарных условиях.

Уравнение теплового баланса поверхности 1, имеющей температуру τ₁ , в стационарных условиях записывают в виде

(2.5)

α_Л.1 – коэффициент лучистого теплообмена

С₀ — коэффициент излучения абсолютно черного тела; ε_П.1-_R— приведенный для теплообменивающихся поверхностей коэффициент относительного излучения; φ_1-_R— коэффициент облученности со стороны поверхности 1 в сторону остальных поверхностей, имеющих температуру t_R; b_1-_R — температурный коэффициент; t_R — радиационная температура (осредненная температура всех обращенных в помещение поверхностей) помещения, определенная относительно поверхности 1,

φ_1-_i — коэффициент облученности с поверхности 1 на поверхность i, имеющую температуру τ_i; α_k._i — коэффициент конвективного теплообмена

β_к — численный коэффициент, равный в условиях помещения для вертикальных поверхностей 1,66; для горизонтальных поверхностей: при потоке теплоты сверху вниз — 1,16, при потоке теплоты снизу вверх—2,16; υ_в—общая подвижность воздуха в помещении; l — характерный размер поверхности; jс — теплоемкость потока воздуха, фильтрующегося через поверхность с интенсивностью j; с — массовая теплоемкость воздуха; k₁ ´ — коэффициент теплопередачи от поверхности 1 до внешней среды с температурой t_ср.1. от которой или к которой идет поток теплоты через поверхность.

Для определения общего потока теплоты, проходящего через поверхность, q₁ обычно пользуются общим коэффициентом теплообмена α_В.1 без разделения на лучистую и конвективную составляющие

Приравняв первые два слагаемых уравнения (2.5) к правой части уравнения (2.9), получим

(2.11)

Рис.2.3 Зависимость коэффициента теплообмена α_В для плоской нагретой поверхности, расположенной в помещении, от разности температуры на поверхности и помещения ∆t

1 – в плоскости пола, 2 – стены, 3 – потолка.

Зависимость α_в по (2.11) от разности температуры τ-t_П для плоских поверхностей, различно расположенных в помещении, приведена на рис. 2.3.

Проектирование отопления помещения прежде всего состоит в выборе обогревающего устройства, которое по характеру передачи теплоты помещению может быть:

лучистым — слабо нагретая сильно развитая плоская поверхность в виде панели, расположенная в плоскости одного из ограждений;

конвективным — подача в помещение подогретого воздуха или подогрев внутреннего воздуха сильно оребренными поверхностями отопительного устройства, расположенного в помещении.

Наиболее общим является решение отопления с использованием обогревающей поверхности. Дефицит (недостаток теплоты) ∆Qпом в тепловом балансе помещения в этом случае компенсируется теплоотдачей нагретой поверхности Q_П. Температурная обстановка в помещении при этом должна удовлетворять двум условиям комфортности. В результате расчет поверхности обогрева помещения состоит в решении системы (2.12), в которую наряду с уравнениями теплового баланса помещения (а) и теплообмена на поверхности нагрева (б) входят уравнение и неравенство (в, г), определяющие требования двух условий комфортности:

A_П при заданной температуре поверхности τ_п и других условиях, или температура поверхности τ_п при заданной площади А_п, или варьируемые положение, форма, радиационные свойства нагревательной поверхности в помещении.

В уравнении теплообмена (б) составляющая лучистого теплообмена записана относительно разности температуры поверхности нагрева и осредненной температуры внутренней поверхности теплотеряющих наружных ограждений ( τ_П—τ_н.₀), поэтому

где индексы п—н.о относят все величины к условиям теплообмена между панелью (п) и наружным ограждением (н.о), а Ф_п-н.о является коэффициентом полной облученности с нагретой поверхности панели на охлажденную поверхность наружных ограждений.

При воздушном (конвективном) отоплении дефицит в тепловом балансе ∆Q _пом компенсируется подачей в помещение теплоты Q_В с перегретым (относительно t_в) воздухом

В (2.14) неизвестными могут быть температура t_пр приточного воздуха или количество воздуха L. В конечном итоге должна быть определена площадь оребрения поверхности обогревающего устройства в помещении или калориферной установки системы воздушного отопления.