Теплообмен илучением. Конвективный теплообмен. Условия комфортности

лучепрозрачную среду. При нагревании какого-либо тела часть тепловой энергии превращается на его поверхности в энергию лучистую. Излучение между телами происходит при помощи электромагнитных волн, тепло с поверхности более нагретого тела передается через лучепрозрачную среду (воздух) на поверхность другого тела, где вновь переходит в тепловую форму энергии

СХЕМА ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА
МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЯМИ

= 5,77 Вт/(м2∙К4);
Т – температура поверхности, К;
Е0 – интенсивность излучения.

По закону Кирхгофа, согласно которому коэффициенты излучения и поглощения
монохроматического излучения поверхностью материалов равны, между коэффициентами излучения серого и черного тела существует следующая зависимость:

где ε – степень черноты или относительный коэффициент излучения поверхности

Интенсивность излучения нагретой поверхности абсолютно черного тела определяется законом Стефана-Больцмана, который был выведен в 1879 году.

передающееся излучением от одной серой
поверхности к другой определяется по выражению:

где Q1-2 – количество переданного тепла с поверхности 1 на поверхность 2.
εпр 1-2 – приведенный относительный коэффициент излучения при теплообмене между двумя серыми телами. Он зависит от размера поверхности, расстояния между телами.

Для определения εпр 1-2 можно рассмотреть 3 простейших случая:
1) для двух параллельных поверхностей, расстояние между которыми мало по сравнению с их размерами ( коэффициент облученности φ1-2=1, т.к. практически все излучение одной поверхности падает на другую) отраженные лучи полностью возвращаются на излучающую поверхность и так до полного поглощения. Приведенный относительный коэффициент излучения теплообменивающихся поверхностей для этого случая равен:

сфере, цилиндр в цилиндре или просто невогнутая поверхность, окруженная большей поверхностью такой же геометрии. В этом случае, если меньшая поверхность имеет площадь F1, а большая F2, то

3) Если поверхности малы или велико расстояние между ними, часть отраженного излучения, возвращающаяся на излучающую поверхность становится пренебрежимой

Если поверхность 1 считать нагретой, то радиационная температура помещения
определяется по выражению:

где ti – температура отдельной поверхности в помещении;
Fi – площадь i-той поверхности в помещении

коэффициент облученности с этой поверхности на другую, лучистый поток на которую определяется.

Свойства лучистых потоков:

Свойство замкнутости лучистых потоков состоит в том, что сумма коэффициентов облученности с поверхности 1 в сторону всех окружающих поверхностей j равна единице. Уравнение не удовлетворяется, если поверхность 1 вогнутая, т.к. при наличии вогнутости часть лучей падает на саму поверхность и в лучистом теплообмене с окружающими поверхностями не участвует.
Свойство взаимности лучистых потоков, согласно которому поток с поверхности 1 на поверхность 2 равен потоку с поверхности 2 на поверхность

поверхности 1 к поверхности 2 может быть представлен в виде суммы потоков между отдельными частями m(1) и n(2) этих поверхностей.

Для точного расчета лучистого теплообмена тела со всеми окружающими его поверхностями в помещении, нужно составить баланс лучистого теплообмена Л1 поверхности 1 со всеми поверхностями.

Общий поток лучистого тепла, покидающий поверхность, называется ее эффективным излучением Еэф. Этот поток складывается из потоков собственного Есоб и отраженного Еотр излучений. Лучистый поток, приходящий на поверхность, называется падающим ЕПАД. Он складывается из частей потоков эффективного излучения всех окружающих поверхностей. Часть его остается на поверхности и является поглощенным излучением ЕПОГЛ.

коэффициент теплоотдачи, Вт/м2○С;
Коэффициент теплоотдачи – это количество тепла, проходящего в единицу времени от воздуха к стенке
через 1 м2 поверхности при разности температур в 1 ○С.
Коэффициент теплоотдачи учитывает характер движения воздуха в помещении и природу его
возникновения, режим движения (течения), скорость движения воздуха v,
его физические характеристики – коэффициент теплопроводности воздуха λ,
коэффициент динамической вязкости μ, плотность ρ, теплоемкость воздуха Ср,
коэффициент объемного расширения β, температуру поверхности τ1, температуру воздуха tв,
форму поверхности Ф и линейные размеры l1, l2, l3.
Таким образом, α = f(v, μ, ρ, Ср, τ1, tв, l1, l2, l3, Ф, λ, β)

Среднее значение коэффициента конвективного теплообмена по всей поверхности помещения определяется выражением:

учетом естественной и вынужденной конвекции в помещении:

общее количество теплоты, вырабатываемое человеком;
Qчк , Qчл – конвективный и лучистый теплообмен человека с окружающей средой;
Qчи – затрата тепла на испарение влаги;
Qчр – количество тепла, расходуемое на механическую работу;
Qчф –тепло, затраченное на физиологический процесс: нагрев вдыхаемого воздуха, обмен веществ;
±ΔQч – избыток или недостаток тепла в помещении.

и tR, при которых человек, находясь в середине помещения, не испытывает чувство перегрева или переохлаждения.
Для зимних условий уравнение комфортности описывается таким уравнением:

○С,

где tп – нормируемое значение температуры воздуха в помещении в зависимости от характера труда. В спокойном состоянии tп=23 ○С, для легкой работы tп=21 ○С, для работы средней тяжести tп=18,5 ○С и при тяжелой работе tп=16 ○С.
tв – температура воздуха в помещении;
±1,5 ○С – допустимое отклонение средней радиационной температуры от полученной по данному выражению.
Значительная разность температур tв и tR наблюдается при лучистом отоплении, воздушном и лучистом охлаждении. В остальных случаях tв= tп, а tп= tв по СНиП.
Для летних условий значительную роль играет относительная влажность воздуха в помещении и подвижность воздуха:

○С,

где кv – коэффициент, учитывающий влияние на комфортность vв и φв.