Graficzna metoda wyznaczania współczynnika przyjmowania 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), 

C0 - stała promieniowania ciała doskonale czarnego (C0 ≈ 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 -27°C, a towaru (i powietrza) -18C, to należy podążyć od wartości -27°C na skali po prawej stronie nomogramu (pkt A) do przecięcia z linią odpowiadającą -18°C (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 wzajemną emisyjność układu ε, odczytaną z rys.1 lub obliczoną z zależności:

gdzie: 

ε 1, ε2 - emisyjność powierzchni ciał wymieniających ciepło przez promieniowanie (tab. 1). 

 Autor: W.I.Isajew

Źródło: Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna (08/2005)