Контрольные вопросы, задания и задачи для самостоятельного решения

1. Сравните степени черноты снега и сажи. Поясните результат сравнения.

2. Рассчитайте плотность теплового потока, передаваемого излучением (q, Вт/м²) от батареи отопления с температурой поверхности t_c=60^oC и степенью черноты _с=0,9. Температура окружающего воздуха t_ж=20^oC.

Ответ: q=251,4 Вт/м².

3. Рассчитайте плотность теплового потока (q, Вт/м²), передаваемого через ваккуумированный зазор двойной стенки колбы термоса при условии, что температуры поверхностей стенок t₁=100^oC, t₂=20^oC, степени черноты поверхностей ₁=₂=0,05.

Какой толщины должен быть слой тепловой изоляции из войлока (λ_в=0,0524 Вт/м∙К), чтобы компенсировать потери тепла излучением?

Ответы: q=17,43 Вт/м², δ_из=239 мм.

4. Проанализируйте формулы для _пр (4.25) и (4.30) при наличии между поверхностями одного экрана и ответьте на вопрос: как зависит лучистый поток от расстояния между нагретой поверхностью и экраном:

а) для двух параллельных плоских поверхностей;

б) для системы тел, одно из которых расположено внутри другого?

5. Через стенку толщиной δ (рис. 4.9) теплота передается теплопроводностью (q_т, Вт/м²), от поверхности стенки в окружающую среду – путем конвективного теплообмена (q_к,) и излучением (q_л,).

И звестны коэффициент теплопроводности стенки (λ), степень черноты поверхности (), температуры t₁, t₂, t_ж, коэффициент теплоотдачи .

Запишите формулы для расчета тепловых потоков q_т ,q_к ,q_л

q=q_т=q_к+q_л.

6. От каких факторов зависит излучение (поглощение):

а) твердых тел;

б) газов?

Примеры решения задач

Задача № 1. Определить потери теплоты излучением с 1 м длины паропровода (Q_ℓ, Вт/м), если его наружный диаметр d=0,3 м, степень черноты  = 0,9, температура поверхности t_с=450^oC, температура окружающей среды t_ж=20^oC.

Какими будут потери теплоты излучением (Q΄_ℓ, Вт/м), если паропровод поместить в оболочку из жести диаметром d_об=0,4 м, степенью черноты _об=0,6?

Решение

При излучении паропровода в неограниченное пространство потери теплоты согласно уравнению (4.29) составят

При наличии оболочки потери теплоты излучением рассчитываются согласно (4.26) и (4.27), по формулам

	(4.42)
	(4.43)

Температуру оболочки (Т_об) найдем из уравнения теплового баланса лучистой энергии в системе "паропровод – экран – окружающая среда"

(4.44)

По уравнению (4.43) находим _пр=0,621, по уравнению теплового баланса (4.44) рассчитываем температуру оболочки t_об=320^оС и по уравнению (4.42) находим потери тепла от экранированного паропровода Q΄_ℓ=4962 Вт/м. Потери тепла излучением уменьшились в Q_ℓ / Q΄_ℓ =12781/4962=2,58 раз.

Задача № 2. Определить степень черноты и плотность потока излучения смеси газов (О₂ , N₂ , СО₂), транспортируемых по трубе диаметром d₁=200мм. Температура газов t_г=800^оС, парциальное давление углекислого газа р_СО2 =0,09бар.

Решение

Из трех газов излучающим (и поглощающим) является только углекислый газ (СО₂).

Степень черноты углекислого газа, =f(t_г, р_СО2 · ), определим из номограммы, приведенной в [5], с.211. Длину пути луча для трубы найдем по формуле

Произведение ∙ =0,9∙1,02∙18=1,65см∙(кг/см²).

Из номограммы находим =0,062.

Плотность потока собственного излучения углекислого газа вычисляется по формуле