Исследование теплообмена излучением в закрытой осесимметричной системе серых тел (стандартная программа HEAT 12)

                        МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: Теплоэнергетики

 

 

 

 

 

Тепломассообмен (ТОТ, часть 2)

 

 

Лабораторная работа №3

Исследование теплообмена  излучением в закрытой осесимметричной системе серых тел (стандартная программа HEAT 12)

 

 

 

 

 

Проверил:доцент

Домрачев Борис Павлович

 

Выполнил: ст-т III курса гр. УЭСТ-10

Вечканов  Михаил Юрьевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2012

Лабораторная работа №3

Исследование теплообмена  излучением в закрытой осесимметричной  системе серых тел (стандартная  программа HEAT 12)

Цель работы: закрепить знания по теории лучистого теплообмена в прозрачной среде, глубже познакомиться с видами потоков излучения и угловыми коэффициентами излучения.

Задание

Произвести с помощью  стандартной программы HEAT 12 расчёт угловых коэффициентов и собственных, эффективных, падающих и результирующих потоков для каждой из частей закрытой системы поверхностей. При этом не должна нарушаться выпуклость и замкнутость системы. Проанализировать полученные таблицы угловых коэффициентов и потоков излучения, сопоставив их с размерами, формой и расположением поверхностей, их температурой и степенью черноты.

Исходные данные

Рассматривается теплообмен излучением в замкнутой осесимметричной полости, ограниченной дисками, цилиндрическими и коническими поверхностями. Отдельные участки считаются изотермическими, серыми, диффузно излучающими и поглощающими. Решается задача определения угловых коэффициентов излучения между отдельными участками и эффективных, падающих и результирующих потоков излучения для каждой из выделенных частей поверхности внутренней полости.

Геометрическая  конфигурация системы определяется путём задания радиальной и осевой координат конца отрезка, отображающего участок поверхности в продольной плоскости. Первый отрезок всегда начинается от оси и имеет координаты начальной точки r₀ =0, z = 0. Последний отрезок всегда заканчивается на оси с координатой r =0.

Существенное ограничение  на допустимый класс конфигураций – продольное сечение тела должно представлять собой выпуклый многоугольник.

Геометрические и физические параметры поверхностей приведены  в таблице вариантов исходных данных.

Порядок расчёта  искомых параметров следующий: угловые коэффициенты для всех пар участков рассчитываются с помощью уравнений лучистой алгебры. Различные потоки излучения рассчитываются в следующей последовательности. Вначале рассчитываются собственные потоки излучения всех поверхностей Q_i в соответствии с законом Стефана–Больцмана для реальных тел. Далее определяются эффективные потоки излучения путём решения системы линейных уравнений для n поверхностей:

где i = 1…n. Затем определяются падающие потоки излучения:

Результирующие  потоки определяются как разность между  падающим и эффективным потоком для данной поверхности.

 

 

 

 

Поверхность	Геометрические параметры
1. Плоская	0,5	0	40	0,2
2. Коническая	0,6	0,15	60	0,5
3. Коническая	0,7	0,4	120	0,8
4. Коническая	0,55	0,8	70	0,6
5. Плоская	0	0,8	20	1,0

 

Таблица угловых коэффициентов
	1	2	3	4	5
1	0	0,14	0,2	0,4	0,27
2	0,17	0,1	0,17	0,33	0,23
3	0,14	0,09	0,16	0,37	0,24
4	0,19	0,12	0,24	0,25	0,2
5	0,22	0,15	0,28	0,35	0

 

№	Лучистые потоки
	Собственный	Эффективный	Падающий	Результирующий
1	85,7	570	606	35,5	0,785	40
2	218	456	476	20,5	0,623	60
3	1190	1360	835	524	1,1	120
4	791	1330	1350	18,2	1,68	70
5	398	398	848	450	0,95	20
	2682,7	4114	4114	0	-	-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: в результате лабораторной работы исследовали теплообмен излучением в закрытой осесимметричной системе серых тел.

 Анализ таблицы лучистых потоков показывает, что для  поверхности №5 (плоская поверхность) собственный и эффективный потоки равны, так как степень черноты , в соответствии с законом Кирхгофа , т.е. данная поверхность поглощает всю лучистую энергию, направленную на её поверхность , следовательно эффективный поток равен собственному потоку . Анализируя столбец эффективных потоков видим, что максимальный эффективный поток у поверхности под номером №3, у которой наибольшая температура поверхности, а следовательно и собственный поток. Анализируя столбец падающих потоков максимальный лучистый поток у поверхности №4, у которой наибольшая площадь , чем больше площадь поверхности, тем больше количества энергии, излучаемой другими поверхностями может принять данная поверхность. Результирующий поток , если эффективный поток больше падающего потока, то поверхность излучает больше чем воспринимает, и из таблицы видно, что у поверхностей с наибольшими температурами результирующий поток отрицательный.

 Анализ таблицы угловых  коэффициентов. Угловые коэффициенты показывают, какая часть поверхностного излучения, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность, и угловые коэффициенты зависят только от геометрических параметров системы. Так как поверхности №1 и №5 плоские, и расположены в одной плоскости, то угловые коэффициенты и равны . Столбец, соответствующий испусканию поверхностного излучения поверхностью №2 на другие поверхности имеет наименьшие угловые коэффициенты, так как площадь поверхности №2 минимальна (0,623). Наибольший поток излучения падающий на поверхности испускается поверхностью №4, у которой площадь , что соответствует наибольшим угловым коэффициентам, это объясняется геометрическими параметрами.