Главная  Теории теплообмена излучением 

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

вектором г, имеет следующий вид:

к

г д (дту

г г

Idr у дг ) \

г

AaaT {т)+а

J j аП(г*) g (г*-г) dSj . (19.49)

Тройной интеграл определяет долю излучения всего газа в трубе, поглощенную в элементарном объеме с центром в точке г.



Фиг. 19.11. Сложный (радиационный и конвективный) теплообмен при течении поглощающего газа в трубе с постоянной температурой стенки [38].

а - пи.:фигурация трубы и граничные условия; б - безразмерная температура на выходе при Tj/Tjj, = 0,4; l/D = 5 и рис^/стГ^ = 33; (Т„ - Т^ДТ - Tj) - отношение температур; = aD - оптическая толщина.

Величина /(г* -г) является обобщенным коэффициентом обмена между элементарными объемами г.аза с центрами в точках Г* и г. Двойной интеграл определяет поглощенную в точке г долю излучения граничных поверхностей, к которым относятся стенка трубы и поверхности торцов трубы. Величина g (г* - г) является обобщенным коэффициентом обмена между поверхностью и газом; значения f ш g приведены в работе [38].

Некоторые типичные результаты численного решения для профиля скорости течения Пуазейля приведены на фиг. 19.11, б. Эти данные показывают, сколько энергии получает газ со стороны стенки, так как ордината является мерой того, насколько близка температура газа на выходе к температуре стенки. Результаты выражены через оптическую толщину, рассчитываемую по диаметру трубы, и через кондуктивно-радиационный параметр, определяемый по температуре стенки. По мере увеличения оптической толщины количество поглощенного газом излучения стенки увеличивается до максимального значения. Затем при больших значениях х.д тепло, поглощенное газом, уменьшается. Это обусловлено экранированием самим газом, т. е. при больших значениях большая часть прямого излучения стенки трубы поглощается в тонком слое газа вблизи стенки. Поскольку излучение газа изотропное, то почти половина энергии, излучаемой этим тонким слоем, возвращается обратно на стенку. Следовательно, газ Б центре трубы экранируется от прямого излучения и эффективность теплопередачи падает.

В некоторых исследованиях течений в трубах [40, 41] радиационные члены в уравнении энергии (19.49) упрощаются путем предположения о том, что излучение газа вблизи оси в основном определяется температурой слоев газа, непосредственно примыкающих к оси. Следовательно, прп определении радиационных членов пренебрегают изменениями температуры в осевом направлении. Потоки излучения рассчитываются так, как будто они обусловлены излучением бесконечного цилиндрического объема газа, в котором радиальное распределение температуры везде одинаково и равно принятому в расчете.

19.4.3. Другие задачи сложного теплообмена

Излучения факелов ракетных двигателей изучались Де Сото [44]. КаданОБ [4] рассмотрел излучение при абляции. Большое ко-личестБО литературы посвящено входу тел в атмосферу [45] и излучению гиперзвуковых ударных волн. Строгое исследование этих проблем затруднительно из-за неравновесных химических реакций, сопровождающих излучение. Работы [23-26, 45] содержат хорошую вводную часть и обзор проблем ударных волн. Взаимодействие излучения со слоем газа при наличии вдува рассмотрено в работе [46].

19.5. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Изучение сложного теплообмена в излучающей и поглощающей среде можно рассматривать как решение задач теплопроводности или конвекции при наличии члена с распределенными источниками



(или стоками). Этот член учитывает локальный результирующий прирост (или падение) потока излучения в среде. Член с радиационным источником может быть определен либо точным, либо каким-нибудь приближенным методом. В этой главе были упомянуты случаи применения точного, диффузионного и аддитивного-методов расчета теплообмена, а также приближения оптически тонкого газа. Как почти во всех задачах теплообмена излучением, в задачах сложного теплообмена можно записать основные уравнения, описывающие физические процессы. Трудность состоит в решении этих уравнений. В литературе описан широкий круг физических задач и методы их решения. В этой главе сделан ряд ссылок, чтобы помочь читателю разобраться в основной информации, относящейся к рассматриваемой проблеме.

Литература

1. Kellet, В. S., Transmission of Radiation through Glass in Tank Furnaces, /. Soc. Glass Techn., 36, 115-123 (1952).

2. Gardon R., The Emissivity of Transparent Materials, /. Am. Ceram.. Soc. 39, № 8, 278-287 (1956).

3. Condon E. U., Radiative Transport in Hot Glass, /. Quant. Spectry. Radiative Transfer, 8, № 1, 369-385 (1968).

4. Каданов Л. П., Распространение лучистой энергии внутри аблирующего тела. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 2, 61 (1961).

5. Merriam R. L., Viskanta R., Radiative Characteristics of Cryodeposits for Room Temperature Black Body Radiation, Cryogenic Eng. Conf., Case-Western Reserve University, Cleveland, Aug. 1968.

6. Mc Connell D. G., Radiant Energy Transport within Cryogenic. Condensates, Inst. Environmental Sci. Ann. Meeting Equipment Exposition, San Diego, Calif., April 1966.

7. Висканта P., Грош P. Дж., Перенос тепла теплопроводностью и излучением в поглощающей среде, Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 1, 62 (1962).

8. Viskanta R., Grosh R. J., Effect of Surface Emissivity on Heat Transfer by Simultaneous Conduction and Radiation, Int. J. Heat Mass Transfer, 5, pp. 729-734 (1962).

9. Висканта P., Мерриам Ф.. Процесс теплообмена в условиях взаимодействия теплопроводности и излучения в системе концентричных сфер, разделенных излучающей средой. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 2, 71 (1968).

10. Greif П., Gean P. С, Radiant Heat Transfer between Concentric Cylinders, Appl. Sci. Res., sec. A, 15, pp. 469-474 (1966).

11. Timmons D. H., Mingle J. 0., Simultaneous Radiation and Conduction with Specular Reflection, paper 68-28, AIAA, January 1968.

12. Schimmel W. P., Novotny J. L., Olsofka F. A., Interfcrometric Study of Radiation-Conduction Interaction, Fourth Int. Heat Transfer Conf., Paris, Septemer 1970.

13. Einstein T. H., Radiant Heat Transfer to Absorbing Gases Enclosed between Parallel Flat Plates with Flow and Conduction, NASA TR R-154, 1963.

14. Cecc P. Д., Сб. Проблемы теплообмена , Атомиздат, М., 1967.

15. Howell J. R., Determination of Combined Conduction and Radiation of Heat through Absorbing Media by the Exchange Factor Approximation Chem. Eng. Progr. Symp. Ser., 61, № 59, 162 - 171 (1965).

16. Goldstein, М. Е., Howell J. R., Boundary Conditions for the Diffusion Solution of Coupled Conduction-Radiation Problems, NASA TN D-4618, 1968.

17. Хауэлл Дж. Ф., Голдштейн М. Е., Эффективный коэффициент скольжения в задачах о совместном действии излучения и теплопроводности. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 1, 135 (1969).

18. Тейтл И., Хартнетт Дж. Р., Применение к задачам излученпя приближения Росселанда и решения, основанного на разложении в ряд интенсивности излучения. Ракетная техника и космонавтика, № 1, 108 (1968).

19. Wang L. S. Tien С. L. А study of Various Limits in Radiation Heat-transfer Problems, Int. J. Heat Mass Transfer, 10, № 10, 1327-1338 (1967).

20. Ness A. J., Solution of Equations of a Thermal Network on a Digital Computer, Solar Energy, 3, № 2, 37 (1959).

21. Lick W., Energy Transfer by Radiation and Conduction, Proc. 1963 Heat Transfer Fluid Mech. Inst. (A. Roshko, B. Sturtewant, D. R. Bartz, eds.) 1963, 14-26.

22. Viskanta R., Radiation Transfer and Interaction of Convection with Radiation Heat Transfer in Advances in Heat Transfer (T. F. Irvine, Jr., P. Hartnett, eds.) vol. 3, 175-251. Academic Press, Inc., New York, 1966.

23. Бай Ши-и, Динамика излучающего газа, изд-во Мир , М., 1968.

24. Бонд Дж., Уотсон К., Уэлч Дж., Физическая теория газовой динамики, изд-во Мир*, М., 1968.

25. Зельдович Я. В., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, изд-во Наука , 1966.

26. Vincent! W. G., Kruger С. Н., Jr., Introduction to Physical Gas Dynamics, chaps 11-12, Wiley, Inc. New York, 1965.

27. Новотный Дж. Л., Янг Куан-цу, Взаимодействие излучения и конвекции в оптически толстых пограничных слоях. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, № 4, 33 (1967).

28. Viskanta R., Grosh R. J., Boundary Layer in Thermal Radiation Absorbing , and Emitting Media, Int. J. Heat Mass Transfer, 5, 795-806 (1962).

29. Сэсс P. Д., Влияние излучения в пограничном слое потока непрозрачного газа. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача № 4, 3 (1964).

30. Фрич К. А., Грош р. Д., Уилдин М. В., Теплообмен излучением в поглощающем пограничном слое. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 3, 53 (1966).

31. Howe J. Т., Radiation Shielding of the Stagnation Region by Transpiration ot an Opaque Gas, NASA TN D-329, 1960.

32. Novotny J. L., Kelleher M. D., Free-convection Stagnation Flow of an Absorbing-Emitting Gas, Int. J. Heat Mass Transfer, 10, № 9, 1171-1178 (1967).

33. Cess R. D., The Interaction of Thermal Radiation with Free Convection Heat Transfer, Inf. J. Heat Mass Transfer, 9, № 11, 1269-1277 (1966).

34. Gille J., Goody R., Convection in a Radiating Gas, /. Fluid Meek., 20, pt. 1, 47-79 (1964).

35. Cess R. D., The Interaction of Thermal Radiation in Boundary Layer Heat Transfer, Third Int. Heat Transfer Conf. AIChE, vol. 5. 1966, 154-163.

36. Шлихтинг Г., Теория пограничного слоя, изд-во Наука , М., 1969,

37. Висканта Р., Взаимодействие между теплоотдачей, теплопроводностью, конвекцией и излучением в излучающей жидкости. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 4, 35, 1963.

38. Einstein Т. Н., Radiant Heat Transfer to Absorbing Gases Enclosed in a Circular Pipe with Conduction, Gas Flow, and Internal Heat Generation, NASA TR R-156, 1963.

39. Adrianov V. N., Shorin S. N., Radiative Transfer in the Flow of a Radiating Medium, Trans. TT-1, Purdue University, February 1961.



40. Chen J. С, Simultaneous Radiative and Convective Heat Transfer in an Absorbing, Emitting, and Scattering Medium in Slug Flow between Parallel Plates, Rep. BNL-6876-R, Brockhaven Nat. Lab., Mar. 18, 1963.

41. De Soto S.,Edwards D. K., Radiative Emission and Absorption in Nonisothermal Nongray Gases in Tubes, Proc. 1965 Heat Transfer Fluid Mech. Inst. (A. F. Charwat, ed.), 1965, 358-372.

42. Пирс В. е., Эмери А. Ф., Теплопередача тепловьш излучением и вынужденной ламинарной конвекцией к поглощающей жидкости во входном участке трубы. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 2, 8 (1970).

43. Лэндрам К. С, Гриф Ф., Хабиб И. С, Теплопередача в турбулентном потоке оптически тонкого излучающего газа в трубке. Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 3, 40 (1969).

44. De Soto S., The Radiation from am Axisymmetric, Real Gas System with a Nonisothermal Temperature Distribution, Chem. Eng. Progr. Symp. Ser., voL 61, № 59, 138-154, 1965.

45. Penner S. S., Olfe D. В., Radiation and Reentrv, Academic Press; Inc., New York, 1968.

46. Viskanta R., Merriam R. L., Shielding of Surfaces in Couette Flow against Radiation by Transpiration of an Absorbing-Emitting Gas, Int. J. Heat Mass Transfer, 10, № 5, 641-653 (1967).

1. Пространство между двумя бесконечными нараллельными пластинами заполнено стационарной серой средой. Пластины черные, их температуры 1000 и 500 К, расстояние между ними 5 см; коэффициент поглощения среды 0,2 см~. Если коэффициент теплопроводности среды равен 0,011 Вт/(см-К), то какова результирующая плотность потока энергии между пластинами?

Ответ: 4,5 Вт/см.

2. Между двумя бесконечными параллельными пластинами заключен оптически толстый излучающий и поглощающий теплопроводный газ, в котором происходит химическая реакция с равномерным тепловыделением на единицу объема. Пластины серые и имеют температуры и степени черноты Т^, и Т^, gj. Определить плотности тепловых потоков и которые должны быть подведены к каждой пластине путем излучения и теплопроводности, чтобы поддержать температуры Т^ж Т^. Использовать аддитивное приближение вместе с приближением диффузии излучения. Принять, что газ неподвижен.

3. Стенки камеры образованы тремя параллельными пластинами, параметры которых указаны на рисунке. Все поверхности серые, а пластина 2 настолько тонкая, что температура по ее толщине постоянна. Какова результирующая плотность потока тепла от пластины 1 к пластине 3, если обе области между пластинами вакуумированы? Рассмотреть также случай, когда между пластинами 2 и 3 заключена излучающая и поглощающая теплопроводная среда, параметры которой указаны на рисунке.


-Т, = 1200 К

4. Рассмотреть снова задачу 15.7, но учесть процесс теплопроводности в газе при значении коэффициента тенлопроводности к. Принять также, что в этой задаче величина определяется в виде ад (Г) = ад, о (Т/То)

5. Неподвижный серый газ с коэффициентом поглощения а = = 6,56 м заключен между двумя параллельными пластинами, расположенными на расстоянии 152 мм. Пластины несерые, зависимости их полусферических спектральныхстепеней

152мм


0,7\-----

О

0,9 0,3

5 10

Длина 80/1НЫ X, мкм

. 00 -00

Используя аддитивное приближение и приближение диффузии излучения, оценить результирующую плотность потока отплао-[тины 1 к пластине 3 в этом случае. Ответы: 0,876 Вт/см ; 0,964 Вт/см.



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

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов