16.3 Сложный теплообмен

Лучистый перенос может сопровождаться одновременным переносом теплоты путем теплопроводности и конвекции. Совместный процесс лучистого теплообмена и процесса теплопроводности или конвекции, а также всех трех видов переноса называется сложным теплообменом. Различают следующие виды сложного теплообмена:

Радиационно-конвективный перенос теплоты является наиболее общим случаем сложного теплообмена; при этом теплота переносится радиацией, теплопроводностью, конвекцией.

В радиационно-кондуктивном теплообмене имеет место перенос теплоты в неподвижной ослабляющей и теплопроводящей среде путем излучения и теплопроводности.

Сложный теплообмен описывается системой дифференциальных уравнений, состоящей из уравнения энергии, движения и сплошности. Для модели сплошной среды уравнения сохранения массы и количества движения остаются неизменными. Уравнение энергии применительно к радиационно-конвективному стационарному теплообмену в однокомпонентной несжимаемой жидкости, поглощающей, испускающей и рассеивающей энергию излучения имеет вид

,

где q_т q_к q_р - плотность теплового потока за счет теплопроводности, конвекции и излучения (радиации).

16.4 Критерии радиационного подобия

Числа (критерии) радиационного подобия получают путем приведения уравнений лучистого и сложного теплообмена, а также условий однозначности к безразмерному виду.

Критерии – безразмерные комплексы, характеризующие вклад различных видов процессов переноса. К таким числам относятся:

1) число Больцмана

.

Оно характеризует радиационно-конвективный теплообмен: чем меньше его значение, тем большую роль играет лучистый перенос в среде по сравнению с конвективным.

2) число Кирпичева

.

где k, – коэффициенты ослабления среды и теплопроводности.

Характеризует радиационно-кондуктивный перенос теплоты.

3) Тепловой баланс на границе среды с поверхностью твёрдого тела позволяет получить число Старка

,

где Т, l – характерные температура и линейный размер,

- коэффициент теплопроводности тела.

Характеризует связь между температурным полем в твёрдом теле и условиями радиационного теплообмена на поверхности тела.

4) Уравнение переноса лучистой энергии позволяет получить число Буггера

,

где l_o – характерный размер ослабляющей среды,

k – среднее значение коэффициента ослабления.

Характеризует оптическую плотность среды, а, следовательно, прохождение через неё лучистой энергии.

Вопросы к теме 16.

1. Какое уравнение называют уравнением переноса лучистой энергии?

2. Что характеризует спектральная поглощательная способность среды?

3. От чего зависит поглощательная способность среды?

4. Закон Буггера.

5. Какое пламя называют факелом?

6. Чем обусловлено излучение газов?

7. Какие газы имеют способность излучать?

8. Что называют сложным теплообменом?

9. Какие виды сложного теплообмена различают?

10. Какие безразмерные комплексы радиационного теплообмена знаете?

11. Что характеризует число Больцмана, Кирпичева, Старка, Буггера?

30