Wymiana ciepła przez promieniowanie

ZAKRES WYMAGANYCH WIADOMOŚCI

Podstawowe prawa i pojęcia promieniowana. Wymiana ciepła prze promieniowanie pomiędzy ciałami nieczarnymi, współczynniki konfiguracji, ekrany cieplne.

ZADANIA

1. W pokoju utrzymywanym w temperaturze 22ºC znajduje się stojąca osoba. Średnia temperatura wewnętrznej powierzchni ścian, podłogi i sufitu pokoju wynosi 10ºC w zimie oraz 25ºC w lecie. Obliczyć wielkość radiacyjnej wymiany ciepła pomiędzy osobą a otoczeniem, jeżeli całkowita powierzchnia osoby wystawionej na działanie promieniowania wynosi 1,4 m² a temp. zewnętrznej powierzchni wynosi 30ºC. Emisyjność ε = 0.95.

2. Dwie duże czarne płyty (ε = 1) o temperaturach 290 K i 150 K ułożone są równolegle względem siebie. Odległość pomiędzy płytami wynosi 2 cm. Obliczyć całkowitą ilość ciepła wymienianego pomiędzy płytami, jeśli przestrzeń pomiędzy płytami wypełniona jest a) powietrzem, b) próżnia, c) materiałem izolacyjnym o współczynniku przewodzenia ciepła równym 0.00015 W/(m⋅K).

3. Temperatura powietrza podczas bezchmurnej nocy wynosi 4°C. Podano komunikat, iż woda tej nocy ma zamarznąć. Przyjmując współczynnik konwekcyjnej wymiany ciepła 18 W/(m²·K) określ rzeczywistą temperaturę nieba tej nocy. Emisyjność wody wynosi 0.95.

4. Powierzchnia absorbera kolektora słonecznego jest wykonana z aluminium powleczonego czarnym chromem (a = 0.87, ε = 0.09). Gęstość strumienia ciepła promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię wynosi 600 W/m². Temperatura powietrza wynosi 25°C, temperatura nieba 15°C, natomiast współczynnik konwekcyjnej wymiany ciepła 10 W/(m²·K). Dla temp. powierzchni absorbera równej 70°C określ gęstość strumienia ciepła dostarczonego przez obszar kolektora do wody krążącej za nim. Określ temp. powierzchni absorbera, jeśli tylnia ścina absorbera jest izolowana.

5. Dwie bardzo duże równoległe płyty są utrzymywane w stałej temperaturze T₁ = 800K i T₂ = 500 K. Emisyjności płyt wynoszą odpowiednio: ε₁ = 0.2, ε₂ = 0.7. Obliczyć wielkość radiacyjnej wymiany ciepła pomiędzy 2 płytami.

6. Cienka blacha aluminiowa o emisyjności 0,1 jest ułożona pomiędzy dwoma bardzo dużymi równoległymi płytami, które są utrzymywane w temp. 500ºC (ε₁ = 0.2) i 800ºC (ε₂ = 0.7). Określ wielkość wymiany ciepła w wyniku radiacji pomiędzy powierzchniami płyt oraz porównaj uzyskany wynik z wielkością ciepła wymienianego w wyniku radiacji dla płyt bez ekrany.

7. Obliczyć stratę ciepła przez promieniowanie dla rury stalowej o d = 70 mm i l = 3 m przy t₁ = 227ºC, jeżeli rura ta znajduje się:

a) w dużym pomieszczeniu ceglanym, którego temperatura ścianek t₂ = 27ºC

b) w kanale ceglanym (0.3 x 0.3) m przy t₂ = 27ºC.

Emisyjność stali utlenionej ε₁ = 0,79, emisyjność cegły ε₂ = 0,93.

8. Termos w kształcie cylindra o średnicy d = 100 mm i wysokości h = 200 mm ma ściankę złożoną z dwóch równoległych powierzchni szklanych pokrytych warstwą niklu (ε = 0,08) pomiędzy którymi znajduje się próżnia. Termos wypełniony jest całkowicie wodą o temp. 90ºC. Temperatura zewnętrznej powierzchni szklanej wynosi 7ºC. Obliczyć ilość ciepła wymienianego między wodą a otoczeniem oraz czas, po jakim temp. wody osiągnie temp. 89ºC.

---