Главная Процесс переноса теплоты



Запишем уравнение теплового баланса для поверхности раздела газ - стеика (рис. 15-2):

9c(T)=9c(r)-f (рюу)cfti!(T)c-{pWy)hc;

(15-13)

здесь 9с(т) - плотность теплового потока на границе раздела газ - стенка Б твердом теле; ад - то же, но в газе; (рш)у) с ~ плотность потока массы смеси на границе раздела фаз; he - энтальпия газовой смеси иа границе раздела; hsc - то же для материала поверхности, находящегося в твердой фазе.

Первый член правой части уравнения (15-13) представляет теплоотдачу за счет конвективного теплообмена (с учетом теплопроводности, конвекции и молекулярной диффузии) от реагирующего пограничного

граница пограничного слоя

Поверхность раздела \ \ \ \ \ \ газ-теердое тело


У . /, У испаряющийся с поберхмсти/у

УУУ /У%У У

Рис. 15-2. Теплообмен между реагирующим газовым слоем и теплом с испарением на поверхности.

слоя к границе раздела. Второй член описывает обратный поток тепла, приходящий к границе раздела от твердой фазы и обусловленный плавлением, химическими реакциями или испарением. Третий член представляет энтальпию, переносимую от границы раздела внутрь пограничного слоя за счет потока массы от поверхности стенки. Если бы рассматривался перенос массы через твердый неплавящийся пористый материал, второй член представлял бы теплоту, переносимую к границе раздела жидкостью, просачивающейся через поры.

Согласно (15-10) член см может быть описан уравнением

С учетом испарения (£(т)-м)

Ле(т) -Ь Ги = /1е(г),

где Ги - удельная теплота испарения материала поверхности с химическим символом £.

Учитывая последние соотношения, уравнение (15-13) можно записать в следующем виде:

(15-14)



здесь St = -

(P№»)c Ст

Уравнение (16-14) может быть записано и в другом виде, если учесть, что hXiriihi и, следовательно,

Ас-ftc = Sreio?iio-Smic/ijc=S (гагойда-mjcAjc) =

= Z(mmha-hic) +llhic{mio-:mic). (15-15)

Полагаем, что компонент Е присутствует только в пограничном слое. Тогда подстановка (15-15) в (15-14) дает:

S/n,„ (Ы, - Ал) - --f J] /гс (га,-„ - гшс - ) -Ь

I /-"Ее

+Я(г)с(-§Г"--™W

(15-16)

Таким образом, расчет теплового потока, уходящего в стенку, сводится к вычислению параметров газовой смеси на границе раздела фаз и вдали от нее.

Для определения 9с(т) иногда используется уравнение

9с(т) = ~(/гэф -М- (15-17)

Значение Аф должно подбираться так, чтобы, например, в рассматриваемом примере удовлетворять значениям 9с(т), полученным из уравнения (15-16). Практически Аэф определяется экспериментально. Величина эффективной полной энтальпии может существенно изменяться в зависимости от условий протекания процессов тепло- и массообмена.

Вычисление9с(т) только по уравнению (15-10) в общем случаепри-вело бы к ошибкам: необходимо учитывать полноту переноса к стенке теплоты химической реакции или степень преобразования химической энергии в тепловую.

Нами не рассматриваются задачи определения коэффициентов теплоотдачи при наличии химических реакций. Как отмечалось в § 15-2, в первом приближении могут быть использованы коэффициенты теплоотдачи, полученные для случая отсутствия химических превращений. С приемами определения коэффициентов теплоотдачи при наличии химических реакций можно ознакомиться в специальной литературе [Л. 40, 181, 105].

Эффекты выделения теп.чоты при фазовых переходах рассматривались при изучении процессов конденсации и кипения чистых веществ. Процессы усложнялись при фазовых переходах в двухкомпонентных гетерогенных системах, однако то обстоятельство, что в последних случаях рассматривались фазовые превращения, идущие только на границах фаз, несколько упрощало задачу.

Тепло- и массообмен при химических и фазовых превращениях можно считать более общим случаем по сравнению с ранее рассмотренными, однако и эта задача, несмотря на свою сложность- и общность, не исчерпывает многообразия процессов тепло- и массообмена. В частности, изучаемые процессы могут усложняться при наложении электромагнитных полей, что имеет место в практике современной техники. Процессы переноса теплоты теплопроводностью, конвекцией и молекулярной диффузией часто (особенно при высоких температурах) сопровождаются процессами теплового излучения.



Часть четвертая

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Глава шестнадцатая

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ie-f. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА

Процессы лучистого теплообмена получили широкое распространение в теплотехнике, ядерной энергетике, ракетной технике, металлургии, сушильной технике, химической технологии, светотехнике, гелиотехнике и др.

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Электромагнитными волнами называют электромагаитиые возмущения, исходящие из излучаемого тела н распространяющиеся в вакууме со скоростью света с=3-10 м/с. При поглощении электромагнитных волн какими-либо другими телами они вновь превращаются в энергию теплового движения молекул. Возбудителями электромагнитных воли являются заряженные материальные частицы, т. е. электроны и ионы, входящие Б состав вещества. При этом колебания ионов соответствуют излучению низкой частоты; излучение, обусловленное движением электронов, может иметь высокую частоту, если они входят в состав атомов и молекул и удерживаются около своего равновесия значительными силами.

В металлах многие электроны являются свободными. Поэтому в этом случае нельзя говорить о колебаниях около центров равновесия. Электроны движутся и при этом испытывают нерегулярное торможение. Вследствие этого излучение металлов приобретает характер импульсов и имеет волны различной частоты, в том числе волны низкой частоты. Помимо волновых свойств излучение обладает также и корпускулярными свойствами. Корпускулярные свойства состоят в том, что лучистая энергия испускается и поглощается веществами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями - квантами света или фотонами. Испускаемый фотон - частица материи, обладающая энергией, количеством движения и электромагнитной .массой. Поэтому тепловое излучение можно рассматривать как фотонный газ.

Прохождение фотонов через вещество есть процесс поглощения и последующего испускания энергии фотонов атомами и молекулами этого вещества. Таким образом, излучение имеет двойственный характер, так как обладает свойствами непрерывности поля электромагнитных волн и свойствами дискретности, типичными для фотонов. Синтезом обоих свойств является представление, согласно которому энергия и импульсы сосредоточиваются в фотонах, а вероятность нахождения их в том Или ином месте пространства - в волнах. Соответственно этому излучение характеризуется длиной волны (X) или частотой



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 [119] 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0105