Graficzna metoda wyznaczania współczynnika przejmowania ciepła na skutek promieniowania

Rozpatrując złożoną wymianę ciepła
w komorach chłodniczych, całkowity
współczynnik przejmowania ciepła
przez powierzchnię chłodnicy konwekcyjnej
oblicza się jako sumę składników
konwekcyjnego i radiacyjnego.
Ten ostatni opisany jest zależnością:

gdzie:
ε - emisyjność wzajemna układu,
ψ - stopień opromieniowania
(współczynnik konfiguracji),
Co - stała promieniowania ciała
doskonale czarnego
(Co ≈ 5,67 W/m²K4),
T1, T2
- temperatura powierzchni
wzajemnie opromieniowujących
się ciał [K].
O ile emisyjność układu ε i stopień
opromieniowania ψ można wyznaczać
graficznie (rys. 1 i 2), to występujące
we wzorze (1) wyrażenie temperaturowe
należy każdorazowo obliczać.
Jednak wyrażając iloczyn stałej promieniowania
ciała doskonale czarnego
i członu temperaturowego, jako
maksymalny współczynnik przejmowania
ciepła przez promieniowanie
αr,max, równanie (1) można zapisać w
postaci:

Aby zmniejszyć pracochłonność wyznaczania
współczynnika α r podczas
projektowania chłodnic dla komór
chłodniczych, w zakresie typowych
temperatur powierzchni wymieniających ciepło, można się posłużyć nomogramem
(rys. 3) pozwalającym
ustalić wartość αr,max z dokładnością
nie gorszą niż 1÷2%.
Przykładowo – jeśli temperatura
powierzchni chłodnicy wynosi -27oC,
a towaru (i powietrza) -18oC, to należy
podążyć od wartości -27oC na skali po
prawej stronie nomogramu (pkt A) do
przecięcia z linią odpowiadającą -18oC
(pkt B), a następnie z lewej podziałki odczytać wartość αr,max (około
3,57 W/m²K – pkt C).
Wartość ta odnosi się do sytuacji,
gdy wymiana ciepła przez promieniowanie
zachodzi pomiędzy dwoma ciałami doskonale czarnymi (ε=1), o powierzchniach
równoległych (ψ=1).
Zgodnie ze
wzorem (2)
należy ją
jeszcze pomnożyć przez
stopień opromieniowania
ψ, wyznaczony
np. z rys. 2
oraz przez
w z a j e m n ą
emisyjność
układu ε, odczytaną z rys.
1 lub obliczoną z zależności:

gdzie:
ε1, ε2 - emisyjność powierzchni
ciał wymieniających ciepło
przez promieniowanie
(tab. 1).
Tab. 1. Emisyjność powierzchni wybranych ciał [1,2]



Literatura:
[1] Poradnik Chłodnictwa. Praca zbiorowa.
WNT, Warszawa 1965.
[2] Wiśniewski S., Wiśniewski T.:
Wymiana Ciepła. WNT, Warszawa
1997.

Waldemar Targański

Artykuł z "Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna"