Photo003

Wartość współczynnika przenikania ciepła jest tym większa, im bardziej sprzyjające są warunki dla konwekcyjnego strumienia cieplnego. Jest ona funkcją bardzo wielu parametrów i dla, na przykład, przewodów rurowych ujmuje się ogólnie

a[-f{d, L, At,p,p,c,X,ri,v,o,l3_yg)

gdzie: d - średnica przewodu, L - długość przewodu, At - różnica temperatur między ośrodkiem a ścianką p - ciśnienie, p - gęstość ośrodka, c - ciepło właściwe ośrodka, X - przewodność cieplna ośrodka, 7] - lepkość dynamiczna, v - lepkość kinematyczna, v - prędkość liniowa, (3 - współczynnik rozszerzalności objętościowej, g - przyspieszenie ziemskie.

W tym zakresie prowadzono już dużo studiów i wypracowano liczne „liczby” lub „kryteria” będące ułamkami bezwymiarowymi, za pomocą których można wyrazić zależności ilościowe współczynnika a

Ułamki bezwymiarowe otrzymały nazwy:

Nu = ad/źl - kryterium albo liczba Nusselta,

Pr = cr\/X - kryterium albo liczba Prandtla,

Re,-vdp/T] - kryterium albo liczba Reynoldsa,

Gr = {gU/v²)fi At - kryterium albo liczba Grashofa,

Kg = d/L - kryterium albo liczba podobieństwa geometrycznego.

W zwykłych warunkach przenoszenia ciepła szczególne znaczenie odgrywa burzliwość (turbulentność) ruchu ośrodka ciekłego. Dąży się do tego, aby ruch był możliwie burzliwy, a nie uwarstwiony (laminarny) i dla przewodów rurowych charakterystyczna jest liczba Reynoldsa

Na przykład przy u = 3 m/s, <7=0,040 m, p = 1050 kg/m^J i 7] =0,0018 Pa • s, liczba Reynoldsa wynosi

= 70000

3 m • s ¹ • 0,04 m -1050 kg ■ m ³ _ 126 0,0018 kg • m"¹ ■ s^_1 ~ 0,0018

Liczba Reynoldsa charakteryzuje stosunek siły bezwładu do siły lepkości.

Wartość Re należy interpretować w ten sposób, że jeśli jest ona większa od ok. 3000, to w przewodzie rurowym występuje ruch burzliwy, w przedziale 2100 < Re < 3000 ruch jest uważany za przejściowy, a poniżej 2100 za uwarstwiony. W otrzymanym przykładzie liczba Reynoldsa = 70 000, co świadczy o burzliwym ruchu cieczy w przewodzie.

Na ogół wartość a dla wody wrzącej wynosi od 2300 do 4200 W/(m²- K) (zależnie od stopnia wrzenia, burzliwości wody). Dla wody o temperaturze poniżej jej punktu wrzenia, przy braku pęcherzyków jako elementów wzmagających konwekcję, wartości a są mniejsze (tym mniejsze, im bardziej temperatura jest odległa od punktu wrzenia), tak że mogą wynosić od kilkuset do ok. 2300 W/(m²- K). Jednak przy ogrzewaniu przeponowym za pomocą skraplającej się pary wodnej współczynnik a osiąga bardzo duże wartości, rzędu 9300-18 600 W/(m² • K), ponieważ skraplająca się para oddaje wielkie ilości ciepła utajonego. Słabym zwykle nośnikiem ciepła jest powietrze, dla którego a (w przypadku ciśnienia atmosferycznego) wynosi tylko 17-46 W/(m²- K).

Wartości współczynników przenikania ciepła praktycznie nie można utożsamiać ze „współczynnikami konwekcji cieplnej”, ze względu na dołączanie się tu w pewnym stopniu także promieniowania cieplnego.

5.2.3. Promieniowanie cieplne

Przenoszenie ciepła między dwoma ciałami o różnej temperaturze za pomocą fal elektromagnetycznych o długości 0,1-100 p.m nosi nazwę promieniowania cieplnego (radiacji). Promieniowanie może występować bez obecności jakiejkolwiek substancji pośredniczącej między obu ciałami. Jednak energia cieplna promieniowania zwykle nie przechodzi przez ciała ciekłe i stałe, ponieważ większość energii jest całkowicie odbita lub zaabsorbowana zanim osiągnie obiekt odbierający. Większość gazów nie absorbuje energii promieniowania cieplnego w znacznym stopniu, ale para wodna i C0₂ są tu wyjątkiem.

Charakter promieniowania zależ}' od temperatury i poniżej 500°C tylko bardzo drobna część wypromieniowywanej energii ma charakter świetlny, a prawie całość to promieniowanie cieplne - podczerwone.

Część emitowanych promieni cieplnych zostaje odbita lub przepuszczona (a więc nie pochłonięta) przez napromieniany ośrodek. Największą zdolność pochłaniania ciepła i jego emisji mają ciała czarne i szorstkie. W ośrodku doskonale czarnym całość promieniowania cieplnego zostaje pochłonięta. To samo odnosi się do zdolności wypromieniowywania ciepła, które najintensywniej przebiega w ciele idealnie czarnym. Ciała doskonale białe całkowicie odbijają promienie, a doskonale przezroczyste - przepuszczają je. Pośrednie właściwości mają ciała szare.

Całkowita ilość ciepła wypromieniowanego do otoczenia o temperaturze T, zgodnie z prawem Stcfana-Boltzmanna, wynosi

gdzie: T - temperatura absolutna, K; C - współczynnik (lub stała) pro-

•s ; F — powierzchnia, m²; T - czas, s.

Wspólczynnik (stała) C w przypadku ciała idealnie czarnego wynosi

• s , a dla różnych ośrodków spotykanych w praktyce mieści

5,77 J / nr -s , a dla ró

5,36

5,35

5,20

3,95

się w granicach 0,23-5,36, np.: cegła

żeliwo surowe woda

blacha żelazna zardzewiała

173