Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова»

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Ответы на вопросы........................................................................................................ 8

2 Задача 10. 7.................................................................................................................... 11

3 Задача 10. 20.................................................................................................................. 12

4 Задача 10. 37.................................................................................................................. 14

5 Задача 11. 5.................................................................................................................... 16

6 Задача 11. 11.................................................................................................................. 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................................... 21

ЗАДАНИЕ 

Расчет радиационного теплообмена

       Ответить на вопросы самопроверки (кратко: да, нет + пояснение одним предложением), решить задачи [2]:

10 - 7   t₀ = (1300 + 3*8 )=1324 °С

10 – 20 t₁ = (90 + 0, 5*8 ) = 94 °С

10 – 37 t₂ = (230 + 0, 5*8 ) =234 °С

11 – 5  V=(10 + 0, 1*8 )=10, 8 м³; F=(26 + 0, 1*8) = 26, 8 м²

11 – 11 ε _ст= (0, 5 + 0, 005*8)=0, 54

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

Тема 1. Основные законы теплового излучения

1. Может ли тело поглощать больше лучистой энергии, чем излучать?

2. Может ли отраженный лучистый поток быть больше падающего лучистого потока?

3. Одинаковы ли единицы, используемые для поверхностной плотности потока интегрального излучения и для спектральной плотности потока излучения?

4. Всегда ли тело, температура которого выше температуры окружающей среды, излучает энергии больше, чем поглощает?

5. Может ли возрастать спектральная плотность потока излучения при увеличении длины волны излучения?

6. Может ли убывать спектральная плотность потока излучения при увеличении длины волны излучения?

7. Может ли собственное излучение тела быть меньше отраженного этим телом излучения?

8. Может ли собственное излучение тела быть больше поглощенного этим телом излучения?

9. Может ли собственное излучение тела быть больше эффективного излучения этого тела?

10. Может ли собственное излучение тела быть больше потока результирующего излучения, направленного от тела?

11. Может ли в условиях равновесного излучения степень черноты тела отличаться по значению от поглощательной способности этого тела?

12. Всегда ли степень черноты тела и его поглощательная способность одинаковы?

13. Если растягивать раскаленную спираль электрической лампы накаливания, регулируя током постоянство температуры (и электрического сопротивления) спирали, то возможно ли при этом снижение силы тока?

Тема15. Теплообмен между телами, разделенными прозрачной средой

1. Существует ли эффективный лучистый поток в зазоре между двумя параллельными стенками, если поверхности стенок имеют одинаковую температуру?

2. Может ли серое тело излучать больше энергии, чем черное тело таких же размеров и в такой же окружающей среде, если температуры серого и черного тел одинаковы?

3. Может ли серое тело поглощать больше энергии, чем черное тело таких же размеров и в такой же окружающей среде, если температуры серого и черного тел одинаковы?

4. Может ли серое тело поглощать больше энергии, чем черное тело, если размеры и температуры серого и черного тел одинаковы, а температура окружающих тел различна?

5. Зависит ли поток лучистой энергии, поглощенной телом, от изменения температуры окружающей среды, если поглощательная способность тела постоянна?

6. Можно ли определить результирующий поток излучения как разность собственного и падающего излучения?

7. Влияет ли на эффективный лучистый поток от данной поверхности расположение и форма приемника этого излучения?

8. Необходимо ли знание закона Стефана-Больцмана для вычисления потока результирующего излучения?

9. Достаточно ли знание величин, которые используются в законе Стефана-Больцмана, для вычисления потока результирующего излучения?

10. Влияет ли форма и расположение внешних источников излучения на вид расчетной формулы для приведенной поглощательной способности?

11. Влияет температура внешних источников излучения на способ расчета приведенной поглощательной способности?

12. Может ли приведенная поглощательная способность быть выше поглощательной способности тела?

13. Можно ли формулу для расчета местного углового коэффициента φ _{1, 2}

[1, § 17. 14. 1] от элемента dF₁вертикальной площадки к горизонтальному кругу [1, рис. 17. 16] использовать для расчета местного углового коэффициента φ '_{1, 2}от этого жеэлемента, но к горизонтальному кольцу с внешним радиусом R≤ R₀ и шириной ∆ R?

14. Достаточно ли знать: мощность Q₁, излучаемую диффузно элементом F₁; средний угловой коэффициент φ _{1, 2} отF₁к поверхностиF₂; площадь поверхности F₂, чтобы вычислить среднюю по площади F₂ плотность излучения, падающего от F₁ на F₂?

Тема 16. Сложный теплообмен в поглощающих средах

1. Верно ли, что α _λ – спектральный коэффициент поглощения среды – измеряется в метрах в минус первой степени (м^–1)?

2. Может ли поглощательная способность среды принимать значения больше единицы?

3. Верно ли, что оптическая толщина среды L выражается в единицах длины?

4. Верно ли, что интенсивность излучения в поглощающей среде по закону Бугера тем слабее, чем больше оптическая толщина среды?

5. Верно ли, что излучательная способность одно- и двухатомных газов ниже, чем у многоатомных газов?

6. Верно ли, что поглощательная способность одно- и двухатомных газов ниже, чем у многоатомных газов?

7. Увеличивается ли поглощательная способность газа по мере увеличения плотности газа при сохранении толщины слоя?

8. Уменьшается ли поглощательная способность газа по мере увеличения давления газа при сохранении толщины слоя?

9. Может ли степень черноты газа падать по мере увеличения температуры газа при постоянной величине произведения (pl)?

10. Верно ли, что степень черноты углекислого газа толщиной 5 м при парциальном давлении 0, 2 · 10⁵ Па и при температуре 1600^°С больше, чем 0, 15?

11. Верно ли, что в случае радиационно-кондуктивного теплообмена радиационный перенос теплоты может быть больше, чем перенос теплопроводностью?

12. Верно ли, что в случае радиационно-кондуктивного теплообмена через оптически тонкий слой плотность радиационного потока тем меньше, чем больше поглощательная способность стенок, ограничивающих слой?
       ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

1) Да. Поглощаемость зависит от степени черноты. Тело, полностью поглощающее лучистую энергию, называют абсолютно черным.

2) Нет. В идеальном случае абсолютно белого телаоно способно отразить весь падающий на него лучистый поток, но не больше.

3) Нет. Единица измерения для спектральной плотности потока излучения Вт/(м²·Гц), а для поверхностной плотности потока интегрального излучения Вт/м².

4)Да. Потому что окружающая среда не может нагреть тело выше своей температуры, и в случае,  если у тела выше температура, чем у окружающей среды, то отдаёт оно явно больше, чем получает.

5)Да. Так как спектральная плотность потока излучения - это величина пропорциональная мощности потока и обратно пропорциональная частоте потока. В то же время частота - это величина обратно пропорциональная длине волны, поэтому между спектральной плотностью и длиной волны излучения прямая связь.

6) Нет.

7) Да, потому что собственное излучение тела не зависит от отраженного им излучения. В сумме они дают эффективное излучение.

8) Да, потому что в собственное излучение тела входят все поглощенные излучения.

9) Нет, потому что собственное излучение является одной из составляющих эффективного.

10) Да, так как результирующее излучение представляет собой разность между собственным излучением тела и той частью падающего внешнего излучения, которое поглощается.

11) Да, так как равновесное излучение не зависит от природы вещества, а только от его температуры.

12) Нет, только для теплового излучения.

13) Нет, потому при удлинении нити её теплопроводность будет увеличиваться. Чтобы не перегреть и не повредить нить нужно будет уменьшить напряжение. А для постоянства сопротивления будет увеличен ток по закону Ома.

Тема15. Теплообмен между телами, разделенными прозрачной средой

1. Да, Эффективный поток излучения пластины складывается из собственного излучения пластины и той доли эффективного излучения, идущей от параллельной пластины, которая отражается от первой.

2. Да, потому что черное тело обладает большей поглощаемостью энергии. В случае одинаковых температур серое тело излучает больше лучистой энергии, чем черное.

3. Нет. При равных условиях черное тело обладает большей поглощательной способностью.

4. Да, в том случае, если тела, окружающие серое тело, выделяют много больше энергии, чем тела, окружающие черное.

5. Да, так как поглощательная способность определяет долю поглощаемой энергии. Количество поглощаемой энергии может изменяться при изменении температуры окр. среды, а коэффициент поглощательной способности тела будет оставаться тем же.

6. Да, так как результирующее излучение представляет собой разность между собственным излучением тела и той частью падающего внешнего излучения, которое поглощается.

7. Да, так как от формы и расположения приемника зависит то, сколько энергии он отразит от себя. В сумме с собственным отраженное излучение даёт эффективное.

8. Да, но только в случае абсолютно черного тела.

9. Нет, закон охватывает только излучение абсолютно черного тела.

10. Да, так как расположение определяет расстояние от источников, которое учитывается в расчетной формуле для поглощательной способности.

11. Нет, температура источника влияет на количество излучения, но не на поглощательную способность тел.

12. Нет.

13. Да, только значение радиуса будет меньше.

14. Нет, нужно еще знать время, за которое луч проходит от одной площадки до другой.

Тема 16. Сложный теплообмен в поглощающих средах

1. Нет, спектральный коэффициент поглощения это безразмерная величина.

2. Нет, максимальная у абсолютно черного тела, равная 1.

3. Нет, оптическая длина - это безразмерная величина.

4. Да, закон Бугера выражает ослабление интенсивности при распространении излучения в окружающей среде.

5. Да, потому что число соударений молекул и выделения энергии у них больше.

6. Да, у многоатомных газов выше теплообмен.

7. Да, так как поглощательная способность - это отношение поглощаемого излучения к падающему. Если толщина слоя остается той же, а плотность увеличивается, значит образовались новые молекулы газа, тем самым увеличилась и поглощательная способность.

8. Нет, так как давление увеличивается из-за образования новых молекул.

9. Да, так как между ними обратно пропорциональная связь.

10. Нет, степень черноты также зависит и от толщины слоя.

11. Да, чем меньше число Больцмана, тем больше радиационный перенос.

12. Нет, потому что между ними пропорциональная связь.

        ЗАДАЧА 10. 7

Оптический пирометр с красным светофильтром (см. задачу 10-6) зарегистрировал температуру t₀ = 1453 °С.

Найти степень черноты исследуемого тела при λ = 0, 65 мкм, если известно, что его истинная температура равна t= 1700 °С

10. 6. Прибор для измерения высоких температур — оптический пирометр—основан на сравнении яркости исследуемого тела с яр­костью нити накаливания. Прибор проградуирован по излучению абсолютно черного источника, и поэтому он измеряет температуру, которую имело бы абсолютно черное тело при той же яркости излу­чения, какой обладает исследуемое тело. В пирометре используется красный светофильтр (λ = 0, 65 мкм).

       ЗАДАЧА 10. 20

Какой должна быть степень черноты экрана, для того чтобы при наличии одного защитного экрана между обмуровкой и стальной обшивкой тепловые потери в окружающую среду за счет излучения не превышали q = 60 Вт/м²? Все другие условия сохраняются как в задаче 10-17.

10. 17. Обмуровка топочной камеры парового котла выполнена из шамотного кирпича, а внешняя обшивка — из листовой стали. Рас­стояние между обшивкой и кирпичной кладкой равно 30 мм, и мож­но считать его малым по сравнению с размерами стен топки.

Вычислить потери теплоты в окружающую среду с единицы по­верхности в единицу времени в условиях стационарного режима за счет лучистого теплообмена между поверхностями обмуровки и об­шивки. Температура внешней поверхности обмуровки t₁ = 101, 5 °С, а температура стальной обшивки t₂ = 50 °С. Степень черноты шамота ε ₁ = 0, 8 и листовой стали ε ₂ = 0, 6.

        ЗАДАЧА 10. 37

Какова будет ошибка измерения температуры газового потока, если за счет тщательной внешней изоляции газопровода температура его внутренних стенок стала t2 = 241, 5 °С? Все другие данные принять теми же, что и в задаче 10-36. 10. 36. В канале, по которому движется горячий газ, температу­ра газа измеряется при помощи термопары (рис. 10-4).		Рис. 10-4
При уста­новившемся тепловом режиме показания термопары t1 = 300 °С, а температура стенки t2 = 241, 5 °С. Вычислить ошибку в измерении температуры газа, которая получается за счет лучистого теплообмена между корольком термопары м стенкой канала, и истинную температуру газа. Степень чернотыкоролька термопары принятьε 1 = 0, 8, а коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности королька α = 58 Вт/(м2*0С))
Дано: t2 = 234 °С t1 = 300 °С ε 1 = 0, 8 α = 58 Вт/(м2· 0С) С0 = 5, 67	Решение: Составим уравнение теплового баланса тепла для королька термопары. Термопара отдает теплоту за счет излучения   И получает теплоту за счет конвекции:            Приравняем оба значения и выразим из уравнения ошибку измерения газового потока:     °С °С Ответ: Ошибка равна 3, 97°С.
Найти: (tж - t1) -?

ЗАДАЧА 11. 5

Вычислить степень черноты и собственное излучение газовой смеси, если средняя температура газов снизилась до t= 1000 °С, а все другие условия остались такими же что и в задаче 11-4.

11. 4. В нагревательной печи температура газов по всему объему постоянна и равна t= 1000 °С. Объем печиV= 12, 3 м³, и полная поверх­ность огражденияF = 28, 3 м^2, . Общее давление продуктов сгорания р = 98, 1 кПа, парциальное давление водяных паров Р_н2о = 8 кПа и углекислоты Р_со2=12 кПа.

       Степень черноты первого и второго ингредиентов при температуре газов 1000⁰С найдем по графикам 11. 1 и 11. 2 [2], приняв, что первый ингредиент это углекислый газ, а второй водяной пар:

ε ₁ = 0, 12; ε ₂ = 0, 11.

Степень черноты газовой смеси:

       ε = ε ₁ + β ε ₂;

Из графиков 11. 3 [2] находим поправку β = 1, 05, тогда:

       ε = 0, 12+ 1, 05· 0, 11 = 0, 2355.

Собственное излучение продуктов сгорания:

       Е_соб = ε С₀ ;

       Е_соб = 0, 2355· 5, 67 = 35066, 1 Вт/м².

Ответ: ε =0, 2355; Е_соб = 35066, 1Вт/м².

ЗАДАЧА 11. 11

Вычислить, какую долю составит теплообмен излучением в общем процессе передачи теплоты от дымовых газов к трубам ко­тельного пучка, рассмотренного в задаче 6-13, при условии, если ша­ги между трубами по фронту и в глубину s₁=s₂ = 3d (d = 80 мм), средняя температура газов в пучке t_г= 1000 °С, температура поверх­ности труб t_с= 400 °Си степень черноты ε _с= 0, 615. Дымовые газы со­держат 11% Н₂0 и 13% С0₂. Давление газов 98, 1 кПа. Конвектив­ную составляющую а_к паять из ответа к задаче 6-13 (изменением α ₀ = 62 Вт/(м²·⁰С) за счет другого значения s₁/s₂пренебречь).

Степень черноты газовой смеси:

       ε = ε _СО2+ β ε _Н2О;

Из графиков 11. 3 [2] находим поправку β = 1, 05, тогда:

        = 0, 1 + 1, 05 · 0, 09 = 0, 1945.

       По температуре стенки по графикам 11. 1 и 11. 2 [2] находим степени черноты СО₂ и Н₂О:

       ε _СО2 = 0, 098;        ε _Н2О = 0, 14.

       Рассчитаем поглощательную способность газов на поверхности труб по формуле:

       Тепловая нагрузка поверхности труб за счет излучения:

       = 19655, 2Вт/м²

       Найдем коэффициент отдачи излучением:

       Найдем долю этого коэффициента от общего:

       Ответ:

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомёл А. С. Теплопередача: Учебник - М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с.

2. Краснощеков Е. А., Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче: Учебное пособие. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.

3. Практикум по теплопередаче / Под ред. А. П. Солодова. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 296 с.