25 Лучистый теплообмен

25.1 Горизонтальный трубопровод с наружным диаметром d=0,25 м, длиной l=20 м имеет температуру поверхности tст, степень черноты поверхности ε1=0,72. Определить количество тепла, которое отдает трубопровод в окружающую среду излучением и конвекцией, кВт (в условиях свободного движения воздуха), если температура воздуха tв=23ºС. Как изменится суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением (отношение суммарного удельного теплового потока к разности температур поверхности в среды), если при прочих неизменных условиях путем специального покрытия уменьшить степень черноты поверхности до ε2?

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Предпоследняя цифра шифраtст, ºСε2
13000,30

Ответ: Q=97,5 кВт, суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением уменьшится в 1,6 раза.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


25.2 (Вариант 00) Определить плотность лучистого теплового потока между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуру t1 и t2 и степени черноты ε1 и  ε2. Как изменится интенсивность теплообмена при установке экрана со степенью черноты εэ.

Условия теплообмена считать стационарными. Теплопроводностью и конвективным теплообменом в зазоре между пластинами пренебречь.

— В качестве экрана взять тонкий металлический лист.

Таблица 3

ε1ε2εэt1, ºСt2, ºС
0,500,420,06020015

Ответ: q1=734 Вт/м², q2=69 Вт/м², q1/q2=11.

Варианты задачи: 01.


25.3 Между двумя вертикальными плоскими пластинами размером 0,5×0,5 м помещен электрический нагреватель с равномерно распределенной плотностью тепловыделения. Степень черноты поверхностей ε. Какова должна быть мощность электрического нагревателя, чтобы при температуре окружающего воздуха tв поддерживать температуру поверхностей пластин tст, если коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется соотношением:

αк=2,65(tст-tв)0,25?

(Теплоотдачу с торцов пластин не учитывать).

Таблица 1 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Предпоследняя цифра шифраεtв, ºСtст, ºС
10,4030350

Ответ: N=3,4 кВт.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.


25.4 Тело цилиндрической формы диаметром d имеет степень черноты ε. В теле действуют внутренние источники теплоты мощностью qυ. Выделяемая теплота отдается в окружающую среду с температурой tж посредством излучения. Найти температуру поверхности тела.

Таблица 1

Вариантd, мεqv, кВт/м3tж, ºС
52000,281510

Ответ: Т1=567 К (294ºС).


25.5 Средняя температура поверхности токоведущей шины равна tст, а ее интегральная степень черноты ε.

Температура окружающего воздуха tв=20ºС. Коэффициент теплоотдачи конвекцией связан с температурой поверхности tст соотношением:

αк=2,65(tст-tв)0,25

В результате покрытия шин тонким слоем лака интегральная степень черноты поверхности стала равна ε′=0,9. Какова теперь будет средняя температура поверхности шин t′ст при том же значении тока и прочих неизменных условиях?

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Вариантtст, ºСε
11100,1

Ответ: t′ст=77,75ºС.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


25.6 Трубопровод диаметром d1=150 мм, имеющий температуру поверхности t1 и степень черноты ε=0,75, окружен цилиндрическим экраном диаметром d2, обе поверхности которого имеют степень черноты εэ.

Определить потери тепла излучением на 1 пог. м трубопровода при температуре окружающей среды t2=27 ºC, приняв ее поглощательную способность равной единице. На сколько процентов будут больше указанные потери при тех же условиях для трубопровода без экрана?

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Предпоследняя цифра шифраt1, ºCd2, ммεэ
14003000,30

Ответ: 1) Q=3947 Вт, 2) потери трубопровода без экрана увеличатся на Δ=18%.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


25.7 (Вариант 07) Определить плотность теплового потока излучением между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуры t1 и t2 степени черноты ε1 и ε2. Определить плотность теплового потока, если между поверхностями поместить экран со степенью черноты εэ.

Данные, необходимые для решения задачи, взять из табл.4.18.

Таблица 4.18

ε1ε2εэt1, ºСt2, ºС
0,650,620,05520030

Ответ: q1,2=1099 Вт/м², q′1,2=63 Вт/м²


25.8 (Вариант 16) Теплообмен излучением

Стенка трубопровода диаметром d, мм нагрета до температуры t1, ºС и имеет коэффициент теплового излучения ε1. Трубопровод помещен в канал сечением b×h, мм, поверхность которого имеет температуру t2, ºС и коэффициент лучеиспускания с2, Вт/(м²·К4). Рассчитать приведенный коэффициент лучеиспускания спр и потери теплоты Q трубопроводом за счет лучистого теплообмена.

Таблица 5

d, ммt1, ºСt2, ºСс2, Вт/(м²·К4)b×h, ммМатериал
трубы
2805401405,00480×500чугун
шероховатый

Варианты задачи: 12, 9.


25.9 (Вариант 04)  Лучистый теплообмен

Определить минимальное расстояние, обеспечивающее безопасность соседнего с горящим объекта, при исходных данных: проекция факела пламени горящего объекта имеет прямоугольную форму размером d·l, его температура Тф, а степень черноты εф. На поверхности негорящего объекта: допустимое значение температуры Тдоп, допустимое значение плотности теплового потока (критическая плотность) qкр, степень черноты поверхности ε.

Кроме того, оценить безопасное расстояние от факела для личного состава, работающего на пожаре без средств защиты, от теплового воздействия при условии: а) кратковременного пребывания; б) длительной работы. При кратковременном тепловом воздействии для кожи человека qкр=1120 Вт/м², при длительном qкр=560 Вт/м². При решении задачи учитывать только теплообмен излучением. Коэффициент безопасности принять равным β. Данные, необходимые для расчета, приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

d,
м
l,
м
Тф·10-2,
K
εфТдоп,
K
εqкр·10-2,
Вт/м2
β
1410130,75200,852251,7

Варианты задачи: 35.


25.10 (Вариант б) Стальная заготовка с начальной температурой t1 поставлена в муфельную печь, температура стенок которой t2. Определить тепловой поток, воспринимаемый заготовкой (в начальный период) за счет лучистой энергии, если отношение поверхностей заготовки и муфельной печи F1/F2=1/n, а степень черноты заготовки и стенок печи соответственно равны ε1 и ε2. Каким будет тепловой поток излучением и какова погрешность расчета, если отношение F1/F2 принять равным 0?

Таблица 1 — Исходные данные

t1, ºCt2, ºCnε1ε2 (материал)
171200250,550,95 (карборунд)

Ответ: а) qл=-85494 Вт/м²; б) qл1=-147365 Вт/м².