14.4. Теплообмен излучением между твердыми телами

На основании законов излучения получено расчетное уравне­ние лучистого теплообмена между телом произвольной формы и поверхностью другого, большего и охватывающего его тела

Для уменьшения лучистого теплообмена между телами при­меняют экраны. Установка одного экрана между двумя параллельными стенками уменьшает теплообмен излучением в 2 ра­за, установка двух экранов — в 3 раза и т. д

Эффективность экранирования возрастает, если применять экраны из материалов с малой степенью черноты.

Экраны широко применяются для ограждения людей, работающих около поверхностей с высокими температурами, от действия тепловых лучей, для защиты спаев термопар, когда с их помощью измеряют температуру газов вблизи горячих или холодных поверхностей; для защиты цементного камня наг­нетательных скважин от действия высоких температур при термическом воздействии на пласт для повышения нефтеотдачи и т. д.

Теплообмен излучением между ограждающей поверхностью и газами

Излучение газов имеет свои особенности и законы. Одно- и двухатомные газы являются прозрачными; излучают и погло­щают энергию трех- и многоатомные газы (СО₂, Н₂О, SO₂, NH₃ и др.). Спектр излучения и поглощения трех- и много­атомных газов является селективным (избирательным), т. е. эти газы излучают и поглощают в определенных интервалах длин волн, называемых полосами

По мере прохождения лучистого потока через объем мно­гоатомных газов его энергия вследствие поглощения непрерыв­но уменьшается. Это ослабление зависит от природы газа, его температуры и числа молекул, находящихся на пути луча. Чис­ло молекул пропорционально толщине слоя газов / и плотно­сти газа (парциальному давлению (pi). Излучение газов суще­ственно отклоняется от излучения по закону Стефана — Больцмана. Однако для технических расчетов условно прини­мают, что суммарная плотность излучения газов, так же как и излучение твердых тел, пропорциональна четвертой степени их абсолютной температуры

EГ=εг cs (T/100) ⁴ (14.17)

где εг — степень черноты газа

Приближенные значения средней длины пути луча могут быть найдены из соотношения

l = 3,6V/F, (14.18)

где V — объем газа; F — площадь поверхности его оболочки.

Степень черноты газовых смесей определяется как сумма степеней черноты отдельных компонентов.

14. 5. Теплопередача через плоскую и криволинейную однослойную и многослойную стенки

Процесс теплопередачи состоит из процессов теплоотдачи от нагревающей (горячей) жидкости к поверхности стенки, передачи теплоты теплопроводностью через многослойную (или однослойную) стенку и процесса теплоотдачи от - поверх­ности стенки к нагреваемой (холодной) жидкости. При устано­вившемся процессе теплопередачи тепловой поток во всех пере­численных стадиях сохраняет неизменное значение (Q = idem). В связи с этим для многослойной криволинейной (цилиндриче­ской и сферической) стенки можно написать ряд равенств, характеризующих установившийся процесс теплопе­редачи,

Q=a1F1(t-θ1) (14.19)

В этом ряду равенств первое уравнение определяет коли­чество теплоты,

передаваемой конвекцией (и излучением) от горячей жидкости к стенке; второе

уравнение — то же количе­ство теплоты, передаваемой теплопроводностью

через первый слой стенки; третье уравнение и последующие вплоть до n-го

характеризуют передачу одного и того же количества теплоты

теплопроводностью через все последующие слои стенки и (n+1) уравнение —

передачу того же самого количества теплоты конвекцией (и излучением) от

стенки к холодной жид­кости.