Процессы и аппараты упаковочного производства

Теплообмен при излучении

Рассмотрим лучистый теплообмен между двумя параллельными поверхностями, расположенными так, что излучение одной из них обязательно попадает на другую без потерь (рис. 11-5). Допустим, что одна поверхность - абсолютно черная, ее температура То, Другая - серая, ее температура Т, а поглощательная способность А, Причем Т > То. Баланс лучистого теплообмена между поверхностями определится уравнением

Q=E-AE0,

Где E— Теплота излучения серого тела, полностью поглощаемая абсолютно черным телом; Ео-Теплота излучения абсолютно черного тела, частично (АЕ0) Поглощаемая серым.

При Т = То Q = 0; тогда Е = АЕ0. Отсюда Е/А = Ео. Так как вместо одной серой поверхности может быть взята любая другая, то

Е/А = E1/А1, = Е2/А2 = ... = Е0 =F(T). (11/27)

Таким образом, Отношение излучательной способности к лучепоглощателъной для всех тел есть величина постоянная и равна излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре. Это отношение является функцией только температуры. Зависимость (11.27) называют Законом Кирхгофа, Из которого следует, что Излучательная способность тел тем больше, чем Больше их поглощательная способность. Поэтому тела, которые хорошо отражают лучистую энергию, сами излучают очень мало, и, и частности, излучательная способность абсолютно белого тела равна нулю. При любой температуре излучательная способность абсолютно черного тела является максимальной. Сопоставляя (11.25), (11.26) и (11.27), получим Е = Е0 = АЕ0, Откуда следует, что = А.

В химической технологии лучистый теплообмен наиболее часто встречается в следующих случаях: когда более нагретое тело заклю­чено внутри другого (например, нагретый аппарат находится пи утри помещения); излучающие поверхности расположены параллельно; два излучающих тела произвольно расположены в пространстве.

Из законов Кирхгофа и Стефана-Больцмана можно получить выражение для определения количества теплоты Qu, Переходящей от более нагретого тела к менее нагретому:

, (11.28)

Где -приведенная степень черноты; Т1 и Т2 - температуры более и менее нагретого тела, К.

В случае, если лучистый теплообмен происходит между телами, произвольно расположенными в пространстве, при определении количества теплоты, передаваемой за счет излучения от более гретого тела к менее нагретому, в уравнении (11.28) вводят поправочный угловой коэффициент , Причем для рассматриваемого случая теплообмена < 1- Значение углового коэф­фициента зависит от формы и размеров поверхности излу­чения, взаимного расположения их в пространстве и расстояния между ними:

(11.28а)

Где F1 И F2-Поверхности излучения двух произвольно расположенных тел; и - углы, образуемые направлением лучей с нормалями к поверхностям излучающих тел; Г—Расстояние между излучающими поверхностями.

Поскольку расчет величины по уравнению (11.28а) вызывает большие трудности, обычно значение углового коэффи­циента определяют с помощью графиков, которые приводятся и справочной литературе.

Приведенную степень черноты определяют следующим образом:

, (11.29)

Где и - степень черноты соответственно более нагретого и менее нагретого тела.

Выражение получено для случая взаимного излучения тел, поверхности нагрева которых параллельны друг другу, при этом

F1=F2=F.

Если одно тело охвачено (окружено) другим, то в уравнение (11.28) подставляют значение , определяемое по выражению

(11.30)

Из которого видно, что при F2 F1 .

Для ослабления лучистого теплообмена между телами используют специальные перегородки - экраны. Обычно экраны изготавливают из тонкого материала, обладающего малой излучательной; и большой отражательной способностью ( ; R ), Большой Теплопроводностью (lim 0). Экранирование защищает также от вредного воздействия на человека сильного излучения.