लामिना मोड के लिए

टी
तालिका 6

(46) शुष्क हवा के थर्मल पैरामीटर

101.3 · 10³ Pa . के दबाव पर

अशांत परिस्थितियों के लिए

कहाँ पे λ एम- गैस तापीय चालकता, हवा के लिए मान तालिका से चुना जा सकता है। 6; एन मैं- शरीर की सतह के उन्मुखीकरण को ध्यान में रखते हुए गुणांक:

8. तापीय चालकता निर्धारित करें σ k शरीर की सतह के बीच और

हे आसपास का वातावरण:

कहाँ पे एसएन, एसवी, एसबी - क्रमशः ब्लॉक बॉडी के निचले, ऊपरी और पार्श्व सतहों के क्षेत्र;

एसएन = एसमें = लीएक · ली 2 ;एसबी = 2 ली 3 (ली 1 +ली 2).

अधिक कुशल गर्मी हटाने के लिए, फिनेड सतहों वाले आईवीईपी ब्लॉक अक्सर उपयोग किए जाते हैं। यदि डिजाइनर को इस प्रकार की माध्यमिक बिजली आपूर्ति इकाई के लिए थर्मल गणना करने का काम सौंपा जाता है, तो उसे अतिरिक्त रूप से प्रभावी गर्मी हस्तांतरण गुणांक α eff i को निर्धारित करने की आवश्यकता होती है। मैं-वें सतह, जो पंखों के डिजाइन और मामले के अधिक गरम होने पर निर्भर करती है वातावरण... α eff i को उसी तरह निर्धारित करें जैसे रेडिएटर्स की गणना करते समय (रेडिएटर की गणना देखें, पृष्ठ 5.5)।

प्रभावी गर्मी हस्तांतरण गुणांक α eff i का निर्धारण करने के बाद, पूरे शरीर की तापीय चालकता की गणना के लिए आगे बढ़ें σ k, जिसमें गैर-रिब्ड की चालकता का योग होता है σ 0 करने के लिए और काटने का निशानवाला σ पी सतहों के लिए:

जी
डे σ k 0 की गणना सूत्र (47) द्वारा की जाती है, लेकिन रिब्ड सतह को छोड़कर;

जी
डे एसपीआई काटने का निशानवाला सतह के आधार का क्षेत्र है; एनमैं एक गुणांक है जो इस सतह के उन्मुखीकरण को ध्यान में रखता है।

9. हम दूसरे सन्निकटन में आईवीईपी इकाई के मामले की अधिकता की गणना करते हैं θ k0:

जी
डे प्रतिकेपी - ब्लॉक बॉडी के वेध के आधार पर गुणांक प्रतिपी; प्रति 1 - पर्यावरण के वायुमंडलीय दबाव को ध्यान में रखते हुए गुणांक।

वह ग्राफ जिसके द्वारा आप गुणांक निर्धारित कर सकते हैं प्रति H1 को अंजीर में दिखाया गया है। 9, और गुणांक प्रतिअंजीर में के.पी. 14.

वेध अनुपात (11) - (13) के अनुसार और अंजीर में दिखाए गए ग्राफ के अनुसार निर्धारित किया जाता है। आठ।

10. गणना त्रुटि निर्धारित करें:

इ
यदि 0.1, तो गणना पूर्ण मानी जा सकती है। अन्यथा, माध्यमिक बिजली आपूर्ति इकाई के आवास के तापमान की गणना एक अलग मूल्य के लिए दोहराई जानी चाहिए। θ कश्मीर, पक्ष में समायोजित θ 0 करने के लिए

11. हम ब्लॉक बॉडी के तापमान की गणना करते हैं:

एन
और यह आईवीईपी इकाई के थर्मल शासन की गणना के पहले चरण को पूरा करता है।

चरण 2. गर्म क्षेत्र की औसत सतह के तापमान का निर्धारण।

1. सशर्त विशिष्ट सतह शक्ति की गणना करें क्यूसूत्र (19) के अनुसार ब्लॉक के गर्म क्षेत्र से।

2. अंजीर में ग्राफ से। 7 हम पहले सन्निकटन में गर्म क्षेत्र के अधिक गरम होने का पता लगाते हैं θ एच इकाई पर्यावरण के आसपास के तापमान के संबंध में।

3. गर्म क्षेत्र और शरीर के निचले α PLV, ऊपरी α PLV और पार्श्व α PLB सतहों के बीच विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण के गुणांक निर्धारित करें:

कहाँ पे ε पी मैं - कम उत्सर्जन मैं- गर्म क्षेत्र और मामले की सतह:

ε मैं और एसएस
मैं - उत्सर्जन और क्षेत्र मैंगर्म क्षेत्र की वें सतह।

आर है। 15

4. तापमान निर्धारित करने के लिए टीएम = ( टीकश्मीर + टी 0 +θ एच) / 2 और आकार निर्धारित करना एचमैं ग्राशॉफ नंबर जीआर हाय और प्रांडल नंबर पीआर (सूत्र (43) और तालिका 6) ढूंढता हूं।

5. हम प्रत्येक सतह के लिए गर्म क्षेत्र और शरीर के बीच संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक की गणना करते हैं;

नीचे की सतह के लिए

शीर्ष सतह के लिए

डी पार्श्व सतह के लिए

6... गर्म क्षेत्र और मामले के बीच ऊष्मीय चालकता sk निर्धारित करें:

जी
डे प्रतिσ - प्रवाहकीय ताप विनिमय को ध्यान में रखते हुए गुणांक:

σ - मॉड्यूल से ब्लॉक बॉडी तक विशिष्ट थर्मल रिड्यूसिबिलिटी, शरीर को दबाने वाली ताकतों पर निर्भर करती है (चित्र 15); क्लैंप की अनुपस्थिति में = 240 डब्ल्यू / (एम 2 के); एसब्लॉक बॉडी के साथ मॉड्यूल फ्रेम का संपर्क क्षेत्र है।

तालिका 7

सामग्री के थर्मोफिजिकल गुण

7. हम गर्म क्षेत्र के ताप की गणना करते हैं θ दूसरे सन्निकटन में s0:

जी
डे कडब्ल्यू - अंजीर में दिखाए गए ग्राफ द्वारा निर्धारित। ग्यारह; क n2 - ग्राफ द्वारा निर्धारित (चित्र। 10)।

8. गणना त्रुटि निर्धारित करें

इ
अगर< 0,1, то расчет окончен. При δ ≥ 0,1 следует повторить расчет для скорректированного значенияθ एच।

9. गर्म क्षेत्र के तापमान की गणना करें

इ
टैप 3. IWEP सर्किट में शामिल घटक की सतह के तापमान की गणना

पहले डाउनस्केलिंग स्तर के मॉड्यूल में स्थापित घटक के मामले के तापमान को निर्धारित करने के लिए आवश्यक गणना का क्रम यहां दिया गया है।

1. उस मॉड्यूल की तापीय चालकता के समतुल्य गुणांक का निर्धारण करें जिसमें घटक स्थित है, उदाहरण के लिए, निम्नलिखित विकल्पों के लिए एक माइक्रोक्रिकिट:

गर्मी-संचालन टायर की अनुपस्थिति में eq = P, जहां P बोर्ड आधार सामग्री की तापीय चालकता है;

गर्मी-संचालन टायरों की उपस्थिति में

जी डी डब्ल्यू - गर्मी-संचालन बस सामग्री की तापीय चालकता; वीपी - मात्रा मुद्रित सर्किट बोर्डगर्मी-संचालन टायरों की मात्रा को ध्यान में रखते हुए; वी w मुद्रित सर्किट बोर्ड पर गर्मी-संचालन बसों की मात्रा है; ए- गर्मी-संचालन बसों के साथ मॉड्यूल बोर्ड की सतह भरने का कारक:

जी
डे एस w मुद्रित सर्किट बोर्ड पर गर्मी-संचालन बसों द्वारा कब्जा कर लिया गया कुल क्षेत्रफल है।

टेबल 7 कुछ सामग्रियों के थर्मोफिजिकल मापदंडों को दर्शाता है।

2. microcircuit मामले के बराबर त्रिज्या निर्धारित करें:

जी
डे एसओ आईसी - माइक्रोक्रिकिट के आधार का क्षेत्र।

3. ऊष्मा प्रवाह प्रसार के गुणांक की गणना करें:

जी
डी α 1 और α 2 - मुद्रित सर्किट बोर्ड के पहले और दूसरे पक्षों से गर्मी हस्तांतरण गुणांक; प्राकृतिक ताप विनिमय के लिए

पी
- मॉड्यूल के मुद्रित सर्किट बोर्ड की मोटाई।

4... माइक्रोक्रिकिट मामले की सतह के वांछित ओवरहीटिंग का निर्धारण करें:

कहाँ पे वीतथा एम- रिकॉर्डिंग फॉर्म को सरल बनाने के लिए पेश किए गए सशर्त मान: एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर माइक्रोक्रिकिट मामलों की एकतरफा व्यवस्था के साथ वी= 8.5π आर 2 वीटी / के, एम= 2; दो तरफा आवास के साथ वी= 0,एम= 1;प्रति- अनुभवजन्य गुणांक: माइक्रोक्रिकिट मामलों के लिए, जिसके केंद्र को मुद्रित सर्किट बोर्ड के सिरों से 3 से कम की दूरी पर रखा गया है आर,प्रति= 1.14; माइक्रोक्रिकिट मामलों के लिए, जिसके केंद्र को मुद्रित सर्किट बोर्ड के सिरों से 3 से अधिक की दूरी पर रखा गया है आर,प्रति= 1;प्रतिα - माइक्रोकिरिट मामलों से गर्मी हस्तांतरण का गुणांक अंजीर में दिखाए गए ग्राफ के अनुसार निर्धारित किया जाता है। सोलह; प्रति 1 और प्रति 0 - संशोधित बेसेल फ़ंक्शन; एन - संख्या मैं-x 10 / से अधिक की दूरी पर स्थित माइक्रोकिरिट्स के मामले एम, अर्थात् आरमैं 10 एम; Δ टीसी - यूनिट में हवा का औसत बड़ा ओवरहीटिंग:

क्यू
आईएमएस मैं - शक्ति नष्ट हो गई मैंवें माइक्रोक्रिकिट; एसआईएमएस मैं - कुल सतह क्षेत्र मैं-वें माइक्रोक्रिकिट; z i - microcircuit और बोर्ड के बीच की खाई; z i - इस अंतर को भरने वाली सामग्री की तापीय चालकता का गुणांक।

5. microcircuit मामले की सतह के तापमान का निर्धारण करें:

पी
माइक्रोक्रिकिट के तापमान की गणना के लिए उपरोक्त एल्गोरिदम को किसी अन्य असतत घटक पर लागू किया जा सकता है जो माध्यमिक बिजली आपूर्ति इकाई का हिस्सा है। इस मामले में, असतत घटक को प्लेट पर एक स्थानीय ताप स्रोत के साथ एक माइक्रोक्रिकिट की तरह माना जा सकता है, और ज्यामितीय मापदंडों के संबंधित मूल्यों को समीकरणों (60) - (63) में दर्ज किया जा सकता है।

संघीय शिक्षा एजेंसी

उच्च के राज्य शैक्षिक संस्थान

व्यावसायिक शिक्षा

इवानोव्स्क राज्य ऊर्जा विश्वविद्यालय

वी.आई. का नाम लेनिन "

विभाग सैद्धांतिक संस्थापनाहीटिंग तकनीशियन

एक ठोस के अभिन्न उत्सर्जन का निर्धारण

प्रयोगशाला कार्य के लिए विधायी निर्देश

इवानोवो 2006

वी.वी. द्वारा संकलित। बुखमीरोव

वे। सोज़िनोवा

संपादक डी.वी. राकुटीना

थर्मल इंजीनियरिंग प्रोफाइल 140101, 140103, 140104, 140106 और 220301 की विशिष्टताओं में नामांकित छात्रों और "हीट एंड मास ट्रांसफर" या "हीट इंजीनियरिंग" पाठ्यक्रम का अध्ययन करने वाले छात्रों के लिए विधायी निर्देश हैं।

कार्यप्रणाली निर्देशों में प्रयोगात्मक सेटअप का विवरण, प्रयोग करने की प्रक्रिया, साथ ही प्रयोग के परिणामों को संसाधित करने के लिए आवश्यक गणना सूत्र शामिल हैं।

टीईएफ के चक्रीय पद्धति आयोग द्वारा पद्धति संबंधी निर्देशों को मंजूरी दी गई थी।

आलोचक

हीट इंजीनियरिंग के सैद्धांतिक नींव विभाग, इवानोवो स्टेट पावर इंजीनियरिंग यूनिवर्सिटी

1. टास्क

1. प्रयोगात्मक रूप से एक पतले टंगस्टन फिलामेंट की अभिन्न उत्सर्जन का निर्धारण करें।

2. प्रयोग के परिणामों की तुलना संदर्भ डेटा से करें।

2. विकिरण गर्मी हस्तांतरण के सिद्धांत से संक्षिप्त जानकारी

ऊष्मीय विकिरण (विकिरणात्मक ऊष्मा विनिमय) अंतरिक्ष में ऊष्मा हस्तांतरण की एक विधि है, जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार के परिणामस्वरूप की जाती है, जिसकी ऊर्जा, पदार्थ के साथ बातचीत करते समय, ऊष्मा में बदल जाती है। विकिरण ऊष्मा विनिमय ऊर्जा के दोहरे परिवर्तन के साथ जुड़ा हुआ है: शुरू में, शरीर की आंतरिक ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, और फिर, विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा अंतरिक्ष में ऊर्जा के हस्तांतरण के बाद, विकिरण ऊर्जा का दूसरा संक्रमण दूसरे शरीर की आंतरिक ऊर्जा होती है।

किसी पदार्थ का ऊष्मीय विकिरण शरीर के तापमान (पदार्थ के गर्म होने की डिग्री) पर निर्भर करता है।

किसी पिंड पर पड़ने वाले थर्मल विकिरण की ऊर्जा को शरीर द्वारा अवशोषित, परावर्तित किया जा सकता है या इसके माध्यम से पारित किया जा सकता है। एक पिंड जो अपने ऊपर पड़ने वाली सभी दीप्तिमान ऊर्जा को अवशोषित कर लेता है, उसे पूर्णतः ब्लैक बॉडी (बीबीबी) कहा जाता है। ध्यान दें कि किसी दिए गए तापमान पर, ब्लैकबॉडी अधिकतम संभव मात्रा में ऊर्जा का उत्सर्जन करता है।

शरीर के स्वयं के विकिरण के प्रवाह घनत्व को कहा जाता है विकिरण क्षमता।तरंग दैर्ध्य के एक प्राथमिक खंड के भीतर विकिरण के इस पैरामीटर को वर्णक्रमीय कहा जाता है स्वयं का प्रवाह घनत्व शरीर का विकिरण या वर्णक्रमीय उत्सर्जन। तापमान के आधार पर एक काले शरीर की उत्सर्जन, स्टीफन-बोल्ट्ज़मान कानून का पालन करती है:

, (1)

जहां 0 = 5.6710 -8 W / (m 2 K 4) स्टीफन-बोल्ट्ज़मान स्थिरांक है; = 5.67 डब्ल्यू / (एम 2 के 4) - एक बिल्कुल काले शरीर की उत्सर्जन; टी एक बिल्कुल काले शरीर की सतह का तापमान है, के।

बिल्कुल काले शरीर प्रकृति में मौजूद नहीं हैं। एक पिंड जिसका विकिरण स्पेक्ट्रम एक बिल्कुल काले शरीर के विकिरण स्पेक्ट्रम के समान है और वर्णक्रमीय विकिरण प्रवाह घनत्व (ई ) बिल्कुल काले शरीर के वर्णक्रमीय विकिरण प्रवाह घनत्व का एक ही अंश  है (ई 0, λ) है बुलाया धूसर तन:

, (2)

जहां वर्णक्रमीय उत्सर्जन है।

संपूर्ण विकिरण स्पेक्ट्रम पर अभिव्यक्ति (2) को एकीकृत करने के बाद (
) हम पाते हैं:

, (3)

जहां ई ग्रे शरीर की उत्सर्जन है; ई0 - ब्लैकबॉडी का उत्सर्जन; - ग्रे बॉडी के कालेपन की अभिन्न डिग्री।

अंतिम सूत्र (3) से, स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून को ध्यान में रखते हुए, एक ग्रे शरीर के अपने विकिरण (उत्सर्जन) के प्रवाह घनत्व की गणना के लिए एक अभिव्यक्ति निम्नानुसार है:

कहाँ पे
- ग्रे बॉडी एमिसिटी, डब्ल्यू / (एम 2 K 4); टी - शरीर का तापमान, के।

इंटीग्रल एमिसिटी का मान निर्भर करता है भौतिक गुणशरीर, उसका तापमान और शरीर की सतह की खुरदरापन से। अभिन्न उत्सर्जन प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है।

वी प्रयोगशाला कार्यटंगस्टन की उत्सर्जकता की अभिन्न डिग्री एक गर्म टंगस्टन फिलामेंट (शरीर 1) और पानी से भरे ग्लास सिलेंडर (शरीर 2) की दीवारों (चित्र 1) के बीच विकिरण गर्मी विनिमय का अध्ययन करके पाई जाती है।

चावल। 1. प्रयोग में विकिरण ऊष्मा अंतरण की योजना:

1 - गर्म धागा; 2 - कांच के कंटेनर की आंतरिक सतह; 3 - पानी

एक गिलास सिलेंडर द्वारा प्राप्त परिणामी गर्मी प्रवाह की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

, (6)

जहां पीआर दो निकायों की प्रणाली में कालेपन की कम डिग्री है; 1 और 2 पहले और दूसरे निकायों के कालेपन की अभिन्न डिग्री हैं; टी 1 और टी 2, एफ 1 और एफ 2 पहले और दूसरे निकायों के ताप विनिमय सतहों के पूर्ण तापमान और क्षेत्र हैं; 12 और 21 विकिरण के कोणीय गुणांक हैं, जो दिखाते हैं कि गोलार्द्ध विकिरण की ऊर्जा का कितना अंश है एक शरीर से दूसरे शरीर में गिरता है।

ढलान गुणांक के गुणों का उपयोग करके, यह दिखाना आसान है कि
, ए
... सूत्र (6) में ढलान गुणांक के मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं

. (7)

चूंकि टंगस्टन फिलामेंट (बॉडी 1) का सतह क्षेत्र आसपास के शेल (बॉडी 2) के क्षेत्रफल से बहुत कम है, ढलान  21 शून्य हो जाता है:

एफ 1 एफ 2
 21 = एफ 1 / एफ 2 0 या
. (8)

सूत्र (7) से अंतिम निष्कर्ष को ध्यान में रखते हुए, यह इस प्रकार है कि अंजीर में दिखाए गए दो निकायों की प्रणाली की कम उत्सर्जन। 1, केवल फिलामेंट सतह के विकिरण गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है:

जनसंपर्क 1 या
. (9)

इस मामले में, पानी के साथ एक गिलास सिलेंडर द्वारा कथित परिणामी गर्मी प्रवाह की गणना करने का सूत्र रूप लेता है:

जिसमें से टंगस्टन फिलामेंट की अभिन्न उत्सर्जन को निर्धारित करने के लिए अभिव्यक्ति का अनुसरण करता है:

, (11)

कहाँ पे
- टंगस्टन फिलामेंट का सतह क्षेत्र: d और - धागे का व्यास और लंबाई।

टंगस्टन फिलामेंट की उत्सर्जकता की गणना स्पष्ट सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

. (12)

ठोसों का विकिरण सतही होता है, और गैसों का विकिरण आयतनात्मक होता है।

तापमान T 0 1 एब्स और T 0 2 एब्स (T 1> T 2) के साथ ठोस पदार्थों की दो सपाट समानांतर ग्रे सतहों के बीच विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

सी पीआर - कम उत्सर्जन;

1 - पहले शरीर की सतह का उत्सर्जन;

सी 2 दूसरे शरीर की सतह की उत्सर्जन है;

s = 4.9 kcal / m 2 घंटे के साथ, डिग्री 1 एक बिल्कुल काले शरीर का उत्सर्जन है।

व्यावहारिक गणना में, तथाकथित उत्सर्जन का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है

=.

कम उत्सर्जन

मामले में जब सतह के साथ पहला शरीर एफ 1 सभी से

पक्ष दूसरे शरीर की सतह एफ 2 से घिरे हुए हैं, स्थानांतरित गर्मी की मात्रा सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

कम उत्सर्जकता और कम उत्सर्जकता सूत्रों द्वारा निर्धारित की जाती है

मामले में जब एफ 2> एफ 1, यानी।

सी पीआर = सी 1 और जनसंपर्क = 1 .

विकिरण के कारण गर्मी के नुकसान को कम करने के लिए तथाकथित स्क्रीन का उपयोग किया जाता है। स्क्रीन एक पतली दीवार वाली शीट है जो उत्सर्जक सतह को कवर करती है और बाद वाले से थोड़ी दूरी पर स्थित होती है। पहले सन्निकटन में, के माध्यम से संवहनी गर्मी हस्तांतरण हवा के लिए स्थानस्क्रीन और उत्सर्जक सतह के बीच अवहेलना की जाती है। साथ ही, स्क्रीन की दीवार के थर्मल प्रतिरोध को हमेशा उपेक्षित किया जाता है, अर्थात इसकी सतहों पर तापमान समान माना जाता है।

फ्लैट समानांतर स्क्रीन के लिए, विकिरण गर्मी हस्तांतरण सूत्र का उपयोग प्रतिस्थापन के साथ किया जाता है तथाकथित समकक्ष उत्सर्जन के तहत

कहाँ पे 12 ,23, आदि - के लिए सूत्र द्वारा निर्धारित पीआर, पहली और दूसरी सतहों के बीच, दूसरी और तीसरी सतहों के बीच विकिरण द्वारा ऊष्मा विनिमय के दौरान उत्सर्जन की कम डिग्री, आदि।

बेलनाकार निकायों (पाइप) को परिरक्षण करते समय, समतुल्य उत्सर्जन

स्थानांतरित गर्मी की मात्रा क्यू की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

गैसों का उत्सर्जन

उत्सर्जक गैसें त्रिपरमाण्विक और बहुपरमाणुक गैसें हैं। सबसे बड़ी व्यावहारिक रुचि विकिरण है

सीओ 2 और एच 2 ओ।

गैसों का उत्सर्जन चयनात्मक होता है और गैस के आयतन के आकार और आकार पर निर्भर करता है।

गैस की मात्रा से विकिरण द्वारा स्थानांतरित गर्मी की मात्रा, जिसके घटक सीओ 2 और एच 2 ओ हैं, आसपास के खोल में, जिसमें भूरे रंग के शरीर के गुण होते हैं, सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां टी गैस विकिरण गैस की मात्रा का पूर्ण तापमान है;

टी सेंट आसपास के खोल का पूर्ण तापमान है;

= 0,5 (+ 1) खोल की प्रभावी उत्सर्जकता है (at .) 0.8 से 1.0 तक);

=
+
- अंजीर में रेखांकन से निर्धारित गैस उत्सर्जन की डिग्री। औसत गैस तापमान के लिए 85 और 86;

- गैस की उत्सर्जन की डिग्री, एक ही रेखांकन के अनुसार निर्धारित की जाती है, लेकिन तापमान के अनुसार शेल के टी सेंट;

अंजीर में ग्राफ से निर्धारित जल वाष्प के आंशिक दबाव के लिए β-सुधार। 87.

कार्बन डाइऑक्साइड कालापन
और जलवाष्प
गैस की मात्रा के तापमान और उत्सर्जक परत पीएस की प्रभावी मोटाई पर निर्भर करता है, जहां पी एटा उत्सर्जक घटक का आंशिक दबाव है और कम बीम लंबाई है।

कम बीम लंबाई लगभग सूत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है

जहां वीएम 3 एक विकिरण गैस (विकिरण मात्रा) से भरा आयतन है;

एफएम 2 - खोल की सतह।

व्यक्तिगत विशेष मामलों के लिए, बीम की कम लंबाई निम्नलिखित सूत्रों द्वारा निर्धारित की जाती है:

इंटर-ट्यूब स्पेस में गैस की मात्रा के लिए (एस 1 - अनुदैर्ध्य पिच, यानी एक पंक्ति में पाइप कुल्हाड़ियों के बीच की दूरी; एस 2 - अनुप्रस्थ पिच, यानी, पंक्तियों के बीच की पिच; डी - पाइप व्यास)

अनंत लंबाई और मोटाई की एक समतल-समानांतर गैस परत के लिए

एस = 1.8 ;

सिलेंडर व्यास d . के लिए

कभी-कभी वे विकिरण α l kcal / m 2 घंटे डिग्री द्वारा गर्मी हस्तांतरण के गुणांक की अवधारणा का परिचय देते हैं। यह गुणांक सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

उदाहरण... एक गर्म स्टील प्लेट से विकिरण द्वारा स्थानांतरित गर्मी की मात्रा निर्धारित करें, जिसकी सतह का तापमान t 1 = 1027 ° C है, उसी की दूसरी प्लेट में, जिसकी सतह का तापमान t 2 = 27 ° C है, जो समानांतर में स्थित है पहला।

हल। परिशिष्ट 20 से हम स्टील प्लेट (ऑक्सीडाइज्ड) की उत्सर्जन पाते हैं:
... हम दिए गए निर्धारित करते हैं

सूत्र द्वारा कालापन की डिग्री

स्थानांतरित गर्मी की मात्रा

उदाहरण... कमरे में 300 मिमी के व्यास के साथ एक स्टील स्टीम लाइन रखी गई है, जिसकी बाहरी दीवार का तापमान t 1 = 300 ° C है। गर्मी के नुकसान को कम करने के लिए, स्टीम लाइन को डबल बेलनाकार आवरण (स्क्रीन) के साथ बंद कर दिया जाता है। 320 मिमी के व्यास वाला पहला आवरण पतली स्टील शीट से बना है ( = 0.82), 340 मिमी व्यास वाला दूसरा आवरण पतली एल्यूमीनियम शीट से बना है ( = 0.055)। प्रति 1 चलने वाले मीटर में गर्मी के नुकसान का निर्धारण करें। नंगे और परिरक्षित भाप पाइप का मी, साथ ही साथ एल्यूमीनियम आवरण का तापमान। संवहनी गर्मी हस्तांतरण की उपेक्षा करें। कमरे का तापमान 25 डिग्री सेल्सियस है।

हल। आइए हम यह मानते हुए कि भाप पाइप F1 की सतह कमरे F4 की दीवारों की सतह से कई गुना छोटी है, नंगे भाप पाइप द्वारा गर्मी के नुकसान का निर्धारण करते हैं। एफ 1 . के लिए<

जनसंपर्क = 1 = 0.80

(ऑक्सीडाइज्ड स्टील के लिए)।

सूत्र के अनुसार

आइए अब स्क्रीन की उपस्थिति में गर्मी के नुकसान का निर्धारण करते हैं। कम उत्सर्जन कारकों का निर्धारण करें:

समतुल्य कालापन

विकिरण द्वारा स्थानांतरित ऊष्मा की मात्रा

इस प्रकार, स्क्रीन की स्थापना के परिणामस्वरूप, गर्मी का नुकसान कम हो गया

एल्यूमीनियम शीट का तापमान निर्धारित करने के लिए, हम समीकरण बनाते हैं

इस समीकरण को हल करते हुए, हम पाते हैं

उदाहरण... चैनल के माध्यम से गर्म हवा के प्रवाह के तापमान को मापने के लिए थर्मोकपल का उपयोग किया गया था। थर्मोकपल जंक्शन और चैनल की दीवारों (चित्र 88) के बीच दीप्तिमान गर्मी हस्तांतरण होता है, जो थर्मोकपल रीडिंग को विकृत करता है। तापमान को मापने में त्रुटि को कम करने के लिए, थर्मोकपल को एक ट्यूब के साथ बंद कर दिया जाता है। वायु प्रवाह का वास्तविक तापमान ज्ञात करें यदि थर्मोकपल तापमान t = 200 ° C दिखाता है। चैनल की आंतरिक दीवार का तापमान t st = 100 डिग्री सेल्सियस। स्क्रीन के कालेपन की डिग्री और थर्मोकपल का जंक्शन समान और 0.8 के बराबर है। हवा से थर्मोकपल जंक्शन α = 40 kcal / m2 घंटे deg, और स्क्रीन की सतह α = 10 kcal / m2 घंटे deg तक गर्मी हस्तांतरण गुणांक।

हल आइए वास्तविक को निरूपित करें

(आवश्यक) हवा का तापमान टी इंच।

द्वारा निर्धारित तापमान

थर्मोकपल, तापमान है

इसका जंक्शन टी.

आइए थर्मोकपल जंक्शन के थर्मल बैलेंस के लिए समीकरण बनाएं। संवहन के कारण सीवन द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा है

और जंक्शन की सतह F से विकिरण द्वारा दी गई ऊष्मा की मात्रा थर्मोकपल जंक्शन के आसपास की ढाल ट्यूब की सतह F e तक,

जहां टी ई स्क्रीन ट्यूब की आंतरिक सतह का पूर्ण तापमान है।

यह ध्यान में रखते हुए कि F e >> F, हम प्राप्त करते हैं
.

स्थिर-अवस्था मोड में, थर्मोकपल जंक्शन के लिए गर्मी संतुलन समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाएगा

अब स्क्रीन ट्यूब के लिए हीट बैलेंस की रचना करते हैं, ट्यूब के थर्मल प्रतिरोध की उपेक्षा करते हुए। संवहन के कारण गर्मी इनपुट

थर्मोकपल जंक्शन के विकिरण के कारण ऊष्मा का आगमन स्पष्ट रूप से ऊष्मा के बराबर होता है

जो बदले में के बराबर है

चैनल की आसपास की दीवारों पर स्क्रीन ट्यूब की बाहरी सतह के विकिरण के कारण गर्मी की खपत

और चूंकि इस मामले में F st >> F e, तब
... इस प्रकार, स्क्रीन ट्यूब का ताप संतुलन समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है

आमतौर पर, इस समीकरण में बाईं ओर के पहले पद की उपेक्षा की जाती है।

भागों (एफ ई >> एफ के आधार पर)। फिर

समीकरणों का संयुक्त समाधान वांछित को निर्धारित करने की अनुमति देता है

तापमान टी इंच

हम परिणामी समीकरणों को ग्राफिक रूप से हल करते हैं, उनसे गणना करते हैं

तापमान टी में टी ई पर निर्भर करता है। संबंधित वक्रों का प्रतिच्छेदन बिंदु (चित्र 89) तापमान t को निर्धारित करता है:

थर्मोकपल का उपयोग करके तापमान निर्धारित करने में त्रुटि

उदाहरण... वाटर-ट्यूब स्टीम बॉयलर के ग्रिप में स्थित स्टील पाइपों को विकिरण द्वारा स्थानांतरित गर्मी की मात्रा निर्धारित करें। ग्रिप गैसों में जल वाष्प में कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव क्रमशः p C O 2 = 0.15 ata और p H 2 O = 0.075 ata है। बाहर व्यासपाइप डी = 51 मिमी; उनके अनुदैर्ध्य चरण 1 = 90 मिमी और अनुप्रस्थ चरण 2 = 70 मिमी। गैस का तापमान

एन
गैस वाहिनी के प्रवेश द्वार पर t / = 1000 0 , और गैस वाहिनी से बाहर निकलने पर t // = 800 0 C. बाहरी तापमान

पाइप की सतह स्थिर है

और टी सेंट = 230 0 के बराबर है।

निर्णय। प्रारंभिक

औसत तापमान निर्धारित करें

गैस प्रवाह, जिसे हम स्वीकार करते हैं

डिजाइन तापमान टी गैस के बराबर।

संगत प्रभावी परत मोटाई

अंजीर में रेखांकन के अनुसार। 85 और 86 खोजें

जल वाष्प के आंशिक दबाव के लिए सुधार β (चित्र 87 के अनुसार) β = 1.06।

सूत्र के अनुसार

विकिरण गर्मी हस्तांतरण गुणांक

उदाहरण... एक गैस मिश्रण एक बेलनाकार स्टील पाइप में एक आंतरिक व्यास d = 0.25 मीटर के साथ चलता है। औसत गैस तापमान टी गैस = 1100 0 . कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव

= 0.45 एटीए। दीवार का तापमान टी सेंट = 300 0 । प्रति 1 मीटर चलने वाले विकिरण द्वारा स्थानांतरित गर्मी की मात्रा निर्धारित करें। एम पाइप।

समाधान। कम बीम लंबाई

एस = 0.9d = 0.9 0.25 = 0.225 मीटर।

उत्सर्जक परत की प्रभावी मोटाई

एस
= 0.225 0.45 = 0.101 मी एटा।

अंजीर। 85 t = 1100 ° . पर निर्धारित होता है
= 0.10: टी पर = 300 0
= 0.095। चूँकि मिश्रण में जलवाष्प नहीं है, तो गैस = 0.10 और
= 0,095.

सूत्र के अनुसार

1 चलने के लिए। एम

कार्य

453. प्लेट के समानांतर स्थित तापमान t 2 = 27 0 पर समान आकार की पीतल की शीट पर t 1 = 600 0 तापमान पर स्टील प्लेट द्वारा विकिरणित ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करें। विकिरण द्वारा ऊष्मा अंतरण का गुणांक भी निर्धारित करें।

उत्तर: क्यू 12 = 5840 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा; α एल = 10.2 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा डिग्री।

454. दो समानांतर विमानों के बीच दीप्तिमान गर्मी हस्तांतरण होता है। तापमान t 1 = . के साथ एक सतह

600 ° और कालापन की डिग्री = 0.64, मात्रा में ऊष्मा उत्सर्जित करता है

क्यू 12 = 1000 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा। गर्मी को अवशोषित करने वाले एल्यूमीनियम की खुरदरी सतह का तापमान निर्धारित करें ( = 0,055).

उत्तर: टी 2 = 390 0 .

455. गर्मी की मात्रा q 12 kcal / m 2 घंटे निर्धारित करें, जो एक सपाट दीवार की सतह से दूसरी समानांतर सपाट दीवार तक विकीर्ण होती है। दीवार का तापमान क्रमशः t 1 = 227 ° और t 2 = 27 0 के बराबर है। निर्धारण चार विकल्पों के लिए किया जाना चाहिए:

ए) सी 1 = सी 2 = सी एस = 4.9 किलो कैलोरी / मी 2 घंटे ओलों 4 (बिल्कुल काली सतह);

बी) सी 1 = सी 2 = 4.3 किलो कैलोरी / मी 2 घंटे ओलों 4 (स्टील मैट सतहों);

सी) 1 = 4.3 किलो कैलोरी / एम 2 घंटे डिग्री 4 (स्टील मैट सतह),

सी 2 = 0.3 किलो कैलोरी / मी 2 घंटे ओलों 4 (टिनप्लेट);

डी) सी 1 = सी 2 = 0.3 किलो कैलोरी / मी 2 घंटे डिग्री 4 (टिनप्लेट)।

उत्तर: ए) क्यू 12 = 2660 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा; 6) क्यू 12 = 2080 किलो कैलोरी / मी 2 घंटा;

ग) क्यू 12 = 160 किलो कैलोरी / मी 2 घंटा; डी) क्यू 12 = 84 किलो कैलोरी / मी 2 घंटा।

456. d = 200 मिमी के व्यास और 1 = 5 मीटर की लंबाई वाला एक स्टील पाइप एक ईंट के कमरे में स्थित है, जिसकी चौड़ाई = 8 मीटर और ऊंचाई = 5 मीटर है। गर्मी के नुकसान का निर्धारण करें विकिरण द्वारा पाइप के लिए यदि पाइप की सतह का तापमान t 1 = 327 ° , कमरे की दीवारों की सतह का तापमान t 2 = 27 ° C।

उत्तर: क्यू 12 = 14950 किलो कैलोरी/घंटा।

457. पिछली समस्या को हल करें, बशर्ते कि ए) स्टील पाइप 2 x 1 मीटर के खंड के साथ एक ईंट गलियारे में हो और बी) स्टील पाइप 350 x 350 मिमी के खंड के साथ एक ईंट चैनल में हो। किसी भी स्थिति में दीवार का तापमान t 2 = 27 ° C है। परिणामों की तुलना पिछली समस्या के उत्तर से करें।

उत्तर: ए) क्यू 12 = 14900 किलो कैलोरी / घंटा; बी) क्यू 12 = 14500 किलो कैलोरी / घंटा।

458. विकिरण के कारण होने वाली ऊष्मा की हानि को एक लाइन द्वारा ज्ञात कीजिए। स्टील स्टीम लाइन का मी। भाप रेखा का बाहरी व्यास d = 0.2 मीटर है, इसकी सतह का तापमान t 1 = 310 0 , और तापमान

परिवेशी वायु t 2 = 50 0 . समाधान के परिणामों की तुलना समस्या 442 के उत्तर से करें।

उत्तर: क्यू = 2575 किलो कैलोरी / आर। मी घंटा; विकिरण के कारण होने वाली ऊष्मा हानि संवहन ऊष्मा विनिमय के कारण होने वाली ऊष्मा हानि से 2.36 गुना अधिक है।

459. स्टीम बॉयलर के 500 x 400 मिमी के आकार के साथ एक कच्चा लोहा भट्ठी के दरवाजे का तापमान t 1 = 540 ° C होता है ( = 0.64)। विकिरणित ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करें यदि बॉयलर रूम में तापमान t 2 = 35 ° C है। विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण का गुणांक भी निर्धारित करें।

उत्तर: क्यू = 2680 किलो कैलोरी / एच; α एल = 2 बी, 5 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा डिग्री।

460. स्टील मैट समानांतर सतहों के बीच विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण का निर्धारण करें (समस्या 455 6 देखें), यदि आप उनके बीच एक पतली स्टील शीट के रूप में समान उत्सर्जन के साथ एक स्क्रीन रखते हैं।

उत्तर: क्यू 12 = 1040 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा।

461. समस्या 460 को हल करें, बशर्ते कि स्टील की सतहों के बीच एक स्क्रीन रखी जाए, जिसमें समान उत्सर्जन के साथ चार स्टील की पतली चादरें हों।

उत्तर: क्यू 12 = 416 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा।

462. समस्या को हल करें 455 6, बशर्ते कि स्टील की सतहों के बीच एक टिनप्लेट स्क्रीन रखी जाए। समाधान के परिणाम की तुलना समस्या 455 6 के उत्तर से करें।

उत्तर: क्यू 12 = 81 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा, यानी स्थानांतरित गर्मी की मात्रा लगभग 25 गुना कम हो जाती है।

463. समस्या को हल करें 455 6, बशर्ते कि स्टील की सतहों के बीच एक स्क्रीन हो जिसमें टिनप्लेट की दो शीट हों।

उत्तर: क्यू 12 = 41.5 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा।

464. स्टीम बॉयलर की भट्टी एक लौ मशाल से भरी होती है जिसमें सशर्त तापमान t 1 = 1000 0 और कालापन की एक सशर्त डिग्री होती है = 0.3. भट्ठी के बोर होल के माध्यम से उत्सर्जित गर्मी की मात्रा निर्धारित करें, जो कास्ट-आयरन दरवाजे से बंद है ( = 0.78) और साथ ही दरवाजे का तापमान, यदि बॉयलर रूम में तापमान टी 2 = 30 0 है (कच्चा लोहा दरवाजा मशाल और पर्यावरण के बीच एक फ्लैट स्क्रीन के रूप में माना जा सकता है)। पर्यावरण के कालेपन की डिग्री 1.0 के बराबर ली जानी चाहिए।

उत्तर: क्यू = 25530 किलो कैलोरी / मी 2 घंटा; टी डीवी = बी5बी ° ।

465. पिछली समस्या को हल करें, बशर्ते कि कच्चा लोहा दरवाजा फायरबॉक्स के किनारे स्थित एक कच्चा लोहा परावर्तक से सुसज्जित हो (इस तरह के परावर्तक को स्क्रीन के रूप में माना जा सकता है)।

उत्तर: क्यू = 19890 किलो कैलोरी / मी 2 घंटा; टी डीवी = 580 ° ।

466. पृष्ठ 225 पर उदाहरण को हल करें, बशर्ते कि थर्मोकपल जंक्शन एक ढाल ट्यूब द्वारा संरक्षित न हो।

उत्तर: टी इन = 230 0 ; तापमान निर्धारित करने में त्रुटि 13% है।

467. समस्या 458 को हल करें, बशर्ते कि स्टीम लाइन शीट स्टील से बने स्क्रीन से घिरी हो ( = 0.82)। स्क्रीन का व्यास d e = 0.3 m. स्टीम लाइन और स्टील स्क्रीन के बीच हवा होती है। विकिरण के कारण गर्मी के नुकसान का निर्धारण करते समय, स्क्रीन और हवा के बीच संवहनी गर्मी हस्तांतरण को ध्यान में नहीं रखा जाना चाहिए। स्क्रीन तापमान भी निर्धारित करें। समस्या 458 के उत्तर के साथ परिणामों की तुलना करें। उत्तर: q = 1458 किलो कैलोरी / रैखिक। मी घंटा; टी ई = 199 ° ।

468. पिछली समस्या को हल करें, स्क्रीन और हवा के बीच संवहनी गर्मी हस्तांतरण को ध्यान में रखते हुए, गर्मी हस्तांतरण गुणांक α ई = 20 किलो कैलोरी / एम 2 घंटे डिग्री के बराबर लेते हुए। परिणाम की तुलना प्रश्न 458 और 467 के उत्तर से करें।

उत्तर: क्यू = 1890 किलो कैलोरी / आर। मी घंटा; टी ई = 126 ° ।

संकेत। समस्या 468 को हल करते समय, रचना करना आवश्यक है

गर्मी संतुलन समीकरण।

469. डी = 0.2 मीटर (समस्या 458 में निर्दिष्ट) के व्यास के साथ एक भाप लाइन थर्मल इन्सुलेशन के साथ कवर की जाती है, जिसमें 5 एल्यूमीनियम पन्नी स्क्रीन होते हैं ( = 0.055)। पन्नी परतों के बीच की दूरी है = 5 मिमी। निर्धारित करें कि एक अछूता भाप पाइप के विकिरण द्वारा गर्मी का नुकसान कितनी बार एक अछूता भाप पाइप के गर्मी के नुकसान से कम है। उत्तर: 127 गुना कम।

470. से विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण के गुणांक का निर्धारण करें फ्लू गैसस्टीम बॉयलर के गर्म पानी के पाइप की दीवारों तक। पाइप का बाहरी व्यास d = 44.5 मिमी, एक पंक्ति में पाइप की अनुदैर्ध्य पिच

s 1 = 135 मिमी और अनुप्रस्थ पिच s 2 = 90 मिमी। गैस वाहिनी के प्रवेश द्वार पर गैसों का तापमान t / = 900 0 है, और आउटलेट t // = 700 ° पर। पाइप की दीवार की सतह का तापमान t t = 300 ° । का आंशिक दबाव त्रिपरमाण्विक गैसें हैं:
= 0.18 एटा और
= 0.08 एटीए।

उत्तर: α l 12.8 किलो कैलोरी / मी 2 घंटे डिग्री।

471. पिछली समस्या को हल करें, बशर्ते कि पाइप के चरणों को s 1 = 81 मिमी और s 2 = 65 मिमी तक कम कर दिया जाए, और शेष प्रारंभिक डेटा को अपरिवर्तित छोड़ दिया जाए। उत्तर: α एल = 8 किलो कैलोरी / मी 2 घंटे डिग्री।

472. निम्नलिखित संरचना की गैसों का मिश्रण (मात्रा द्वारा) 820 x 20 मिमी के क्रॉस सेक्शन के साथ एक संकीर्ण चैनल में चलता है: एन 2 = 73%; लगभग 2 = 2%; सीओ 2 = 15%; एच 2 ओ = 10%। गैस मिश्रण का औसत तापमान t गैस = 900 ° C है, मिश्रण का दबाव p = 1 ata है। चैनल की दीवारें शीट स्टील से बनी हैं। चैनल की दीवारों की सतह पर तापमान टी सेंट = 100 डिग्री सेल्सियस। विकिरण द्वारा गैसों से चैनल की दीवारों में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा निर्धारित करें। उत्तर: क्यू = 4000 किलो कैलोरी / एम 2 घंटा।

थर्मल विकिरण का अध्ययन। टंगस्टन गरमागरम लैंप के कालेपन की डिग्री का निर्धारण

3.1 थर्मल विकिरण और इसकी विशेषताएं

शरीर काफी गर्म हो गया उच्च तापमानविद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करने में सक्षम हैं। ताप से जुड़े पिंडों की चमक को तापीय विकिरण कहा जाता है। यह विकिरण प्रकृति में सबसे आम है। थर्मल विकिरण संतुलन में हो सकता है, अर्थात। एक बंद (गर्मी-अछूता) प्रणाली में पदार्थ के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में हो सकता है। थर्मल विकिरण की मात्रात्मक वर्णक्रमीय विशेषता उज्ज्वल चमक (उत्सर्जन) का वर्णक्रमीय घनत्व है:

दीप्तिमान चमक का वर्णक्रमीय घनत्व कहाँ है; - तरंग दैर्ध्य रेंज में शरीर की सतह क्षेत्र की एक इकाई से समय की प्रति इकाई उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा;

तरंग दैर्ध्य की पूरी श्रृंखला में शरीर के प्रति इकाई सतह क्षेत्र में थर्मल विकिरण की कुल शक्ति की विशेषता ऊर्जावान चमक (अभिन्न ऊर्जावान चमक) है:

3.2. तख़्त सूत्र और एक काले शरीर के ऊष्मीय विकिरण के नियम

स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन का नियम

1900 में, प्लैंक ने एक परिकल्पना प्रस्तुत की जिसके अनुसार परमाणु दोलक लगातार नहीं, बल्कि भागों-क्वांटा में ऊर्जा का उत्सर्जन करते हैं। प्लैंक परिकल्पना के अनुसार, दीप्तिमान चमक का वर्णक्रमीय घनत्व निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

. (3)

प्लैंक के सूत्र से, व्यक्ति ऊर्जावान चमक के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त कर सकता है। सूत्र (3) से व्यंजक (2) में पिंड की दीप्तिमान चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के मान को प्रतिस्थापित करें:

(4)

अभिन्न (4) की गणना करने के लिए, हम एक नया चर पेश करते हैं। इसलिये; ... फॉर्मूला (4) तब फॉर्म में बदल जाता है:

चूंकि , तो ऊर्जा चमक के लिए अभिव्यक्ति (5) का निम्न रूप होगा:

. (6)

संबंध (6) स्टीफन-बोल्ट्ज़मान कानून है, जहां स्टीफन-बोल्ट्ज़मान स्थिरांक डब्ल्यू / (एम 2 के 4)।

इसलिए स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून की परिभाषा इस प्रकार है:

एक बिल्कुल काले शरीर की ऊर्जा चमक पूर्ण तापमान के चौथे डिग्री के सीधे आनुपातिक होती है।

थर्मल विकिरण के सिद्धांत में, ब्लैक बॉडी मॉडल के साथ, ग्रे बॉडी की अवधारणा का अक्सर उपयोग किया जाता है। एक पिंड को ग्रे कहा जाता है यदि इसका अवशोषण गुणांक सभी तरंग दैर्ध्य के लिए समान है और केवल तापमान और सतह की स्थिति पर निर्भर करता है। एक भूरे रंग के शरीर के लिए, स्टीफन-बोल्ट्ज़मान कानून का रूप है:

एक ऊष्मीय उत्सर्जक (उत्सर्जक) की उत्सर्जकता कहाँ है।

शराब का पहला नियम (शराब के विस्थापन का नियम)

आइए हम एक चरम के लिए संबंध (3) की जांच करें। ऐसा करने के लिए, हम तरंग दैर्ध्य के संबंध में वर्णक्रमीय घनत्व के पहले व्युत्पन्न को परिभाषित करते हैं और इसे शून्य के बराबर करते हैं।

. (8)

आइए एक चर का परिचय दें। तब समीकरण (8) से हम प्राप्त करते हैं:

. (9)

ट्रान्सेंडैंटल समीकरण (9) को आम तौर पर क्रमिक सन्निकटन की विधि द्वारा हल किया जाता है। चूंकि वास्तविक तापमान के लिए, समीकरण (9) का एक सरल समाधान पाया जा सकता है। वास्तव में, इस शर्त के तहत, संबंध (9) सरल हो जाता है और रूप लेता है:

जिसका समाधान है। इसलिये

क्रमिक सन्निकटन की विधि द्वारा समीकरण (9) का अधिक सटीक समाधान निम्नलिखित निर्भरता की ओर ले जाता है:

, (10)

कहाँ पे एमके

वियन के पहले कानून (वीन के विस्थापन कानून) की परिभाषा संबंध (10) से होती है।

दीप्तिमान चमक के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के अनुरूप तरंग दैर्ध्य शरीर के तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

मात्रा को वियन के विस्थापन नियम का स्थिरांक कहा जाता है।

शराब का दूसरा नियम

रेडिएंट ल्यूमिनोसिटी (3) के वर्णक्रमीय घनत्व के लिए समीकरण (10) से मान को व्यंजक में रखें। तब हमें अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व मिलता है:

, (11)

कहाँ पे डब्ल्यू / एम 2 के 5.

वियन के दूसरे नियम की परिभाषा संबंध (11) से होती है।

एक बिल्कुल काले शरीर की चमकदार चमक का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व पूर्ण तापमान की पांचवीं शक्ति के सीधे आनुपातिक होता है।

मात्रा को वियन के दूसरे नियम का स्थिरांक कहा जाता है।

चित्रा 1 दो अलग-अलग तापमानों पर एक निश्चित शरीर के लिए तरंग दैर्ध्य पर उज्ज्वल चमक के वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता को दर्शाता है। तापमान में वृद्धि के साथ, वर्णक्रमीय घनत्व घटता के तहत क्षेत्र को स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून के अनुसार तापमान की चौथी शक्ति के अनुपात में बढ़ाना चाहिए, अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के अनुरूप तरंग दैर्ध्य तापमान के अनुसार व्युत्क्रम अनुपात में कम होना चाहिए वाइन के विस्थापन कानून, और वर्णक्रमीय घनत्व का अधिकतम मूल्य शराब के दूसरे कानून के अनुसार पूर्ण तापमान की पांचवीं शक्ति के प्रत्यक्ष अनुपात में बढ़ना चाहिए।

चित्र 1

4. उपकरण और सहायक उपकरण। इकाई विवरण

इस कार्य में उत्सर्जक पिंड के रूप में विभिन्न शक्तियों (25, 60, 75 और 100 वाट) के विद्युत लैम्पों के फिलामेंट का उपयोग किया जाता है। बिजली के बल्बों के फिलामेंट का तापमान निर्धारित करने के लिए वोल्ट-एम्पीयर विशेषता ली जाती है, जिसके अनुसार फिलामेंट के स्थिर प्रतिरोध () का मान निर्धारित किया जाता है और इसके तापमान की गणना की जाती है। चित्रा 2 एक गरमागरम दीपक की एक विशिष्ट वर्तमान-वोल्टेज विशेषता दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि कम वर्तमान मूल्यों पर, वर्तमान रैखिक रूप से लागू वोल्टेज पर निर्भर करता है और संबंधित सीधी रेखा मूल से गुजरती है। वर्तमान में और वृद्धि के साथ, फिलामेंट गर्म हो जाता है, दीपक का प्रतिरोध बढ़ जाता है, और वर्तमान-वोल्टेज विशेषता का विचलन रैखिक संबंधमूल से गुजर रहा है। उच्च प्रतिरोध के साथ धारा को बनाए रखने के लिए अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है। दीपक का अंतर प्रतिरोध नीरस रूप से कम हो जाता है, और फिर लगभग स्थिर मान लेता है, और वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पूरी तरह से गैर-रैखिक है। यह मानते हुए कि विद्युत लैंप द्वारा खपत की गई शक्ति विकिरण द्वारा समाप्त हो जाती है, कोई दीपक फिलामेंट की उत्सर्जन को निर्धारित कर सकता है या सूत्र का उपयोग करके स्टीफन-बोल्ट्ज़मान स्थिरांक का अनुमान लगा सकता है:

, (12)

लैंप फिलामेंट का क्षेत्रफल कहां है; - कालापन की डिग्री; स्टीफन-बोल्ट्जमान स्थिरांक है।

सूत्र (12) से फिलामेंट की उत्सर्जकता निर्धारित करना संभव है बिजली का दीपक.

. (13)

चित्र 2

चित्र 3 दिखाता है विद्युत सर्किटदीपक की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को लेने, फिलामेंट के प्रतिरोध, उसके तापमान का निर्धारण और थर्मल विकिरण के नियमों का अध्ययन करने के लिए प्रतिष्ठान। कुंजी K 1 और K 2 को विद्युत माप उपकरणों को वर्तमान और वोल्टेज को मापने के लिए आवश्यक सीमा के साथ जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

परिवर्ती प्रतिरोध परिपथ से जुड़ा होता है प्रत्यावर्ती धाराएक पोटेंशियोमेट्रिक सर्किट के अनुसार 220V मुख्य वोल्टेज के साथ जो 0 से 220 V तक एक सुचारू वोल्टेज परिवर्तन प्रदान करता है।

फिलामेंट के तापमान का निर्धारण तापमान पर धातुओं के प्रतिरोध की ज्ञात निर्भरता पर आधारित होता है:

0 0 पर फिलामेंट का प्रतिरोध कहाँ है; - टंगस्टन के प्रतिरोध का तापमान गुणांक, 1 / डिग्री।

चित्र तीन

आइए कमरे के तापमान के लिए व्यंजक (14) लिखें।

. (15)

व्यंजक (14) को (15) पद से पद से विभाजित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

यहां से हम फिलामेंट का तापमान निर्धारित करते हैं:

. (17)

इस प्रकार, कमरे के तापमान पर करंट की अनुपस्थिति में फिलामेंट के स्थिर प्रतिरोध और करंट प्रवाहित होने पर फिलामेंट के प्रतिरोध को जानकर फिलामेंट तापमान निर्धारित किया जा सकता है। काम करते समय, कमरे के तापमान पर प्रतिरोध को एक डिजिटल विद्युत मीटर (परीक्षक) द्वारा मापा जाता है, और फिलामेंट के स्थिर प्रतिरोध की गणना ओम के नियम के अनुसार की जाती है

6. कार्य निष्पादन का क्रम

1. सॉकेट से गरमागरम लैंप को हटा दें और कमरे के तापमान पर परीक्षण के तहत इलेक्ट्रिक लैंप के फिलामेंट के प्रतिरोध को निर्धारित करने के लिए एक डिजिटल इलेक्ट्रिक मीटर का उपयोग करें। तालिका 1 में माप परिणामों को रिकॉर्ड करें।

2. दीपक को सॉकेट में पेंच करें, दीपक की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (वोल्टेज पर वर्तमान की निर्भरता) पढ़ें। 2-5 मिनट के छोटे एक्सपोजर के बाद हर 5 एमए वर्तमान ताकत को मापें। माप परिणामों को तालिका 1 में रिकॉर्ड करें।

3. सूत्र (18) और (17) द्वारा 0 सी और के में धागे के प्रतिरोध और तापमान की गणना करें।

4. सूत्र (13) का उपयोग करके फिलामेंट की उत्सर्जकता की गणना करें। तालिका 1 में गणना परिणामों को रिकॉर्ड करें।

उत्सर्जन की गणना के लिए प्रायोगिक डेटा

तालिका नंबर एक

5. तालिका 1 के अनुसार, दीपक की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता, तापमान और शक्ति पर प्रतिरोध और उत्सर्जन की निर्भरता का निर्माण करें।

विकिरण गुणांक और काले शरीर की डिग्री का निर्धारण

ऊष्मीय विकिरण ऊष्मीय ऊर्जा को के माध्यम से स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है विद्युतचुम्बकीय तरंगें... विकिरण द्वारा प्रेषित ऊष्मा की मात्रा विकिरण करने वाले पिंड के गुणों और उसके तापमान पर निर्भर करती है और आसपास के पिंडों के तापमान पर निर्भर नहीं करती है।

सामान्य स्थिति में, शरीर पर पड़ने वाला ऊष्मा प्रवाह आंशिक रूप से अवशोषित होता है, आंशिक रूप से परावर्तित होता है और आंशिक रूप से शरीर से होकर गुजरता है (चित्र 5.2)।

क्यू=क्यू ए+क्यू आर+क्यू डी ,

चावल। 5.2. दीप्तिमान ऊर्जा वितरण आरेख

कहाँ पे क्यू- शरीर पर गर्मी का प्रवाह;

क्यू ए- शरीर द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा,

क्यू आर- शरीर द्वारा परावर्तित ऊष्मा की मात्रा,

क्यू डी- शरीर से गुजरने वाली गर्मी की मात्रा।

हम दाएं और बाएं हिस्सों को गर्मी के प्रवाह में विभाजित करते हैं:

मात्रा ए, आर, डी, को क्रमशः कहा जाता है: शरीर का अवशोषण, परावर्तन और संप्रेषण।

अगर आर= डी = 0, तब ए= 1, यानी शरीर पर पड़ने वाले सभी ऊष्मा प्रवाह अवशोषित हो जाते हैं। ऐसा शरीर कहा जाता है पूरी तरह से काला।

जिन निकायों में ए=डी=0, आर= 1, यानी शरीर पर पड़ने वाले सभी ऊष्मा प्रवाह इससे परावर्तित होते हैं, कहलाते हैं गोरा ... इसके अलावा, यदि सतह से परावर्तन प्रकाशिकी के नियमों का पालन करता है, तो शरीर कहलाता है मिरर - यदि परावर्तन विसरित है - पूरी तरह से सफेद

जिन निकायों में ए=आर= 0 और डी= 1, यानी शरीर पर पड़ने वाली पूरी धारा इससे होकर गुजरती है, कहलाती है डायथर्मिक या पूरी तरह से पारदर्शी।

निरपेक्ष शरीर प्रकृति में मौजूद नहीं हैं, लेकिन ऐसे निकायों की अवधारणा बहुत उपयोगी है, विशेष रूप से एक बिल्कुल काले शरीर के बारे में, क्योंकि इसके विकिरण को नियंत्रित करने वाले नियम विशेष रूप से सरल हैं, क्योंकि इसकी सतह से कोई विकिरण परिलक्षित नहीं होता है।

इसके अलावा, एक बिल्कुल काले शरीर की अवधारणा यह साबित करना संभव बनाती है कि प्रकृति में काले शरीर की तुलना में अधिक गर्मी उत्सर्जित करने वाले शरीर नहीं हैं। उदाहरण के लिए, किरचॉफ के नियम के अनुसार, किसी पिंड के उत्सर्जन का अनुपात इऔर इसकी अवशोषण क्षमता एसभी पिंडों के लिए समान है और किसी दिए गए तापमान पर केवल तापमान पर निर्भर करता है, सभी पिंडों के लिए, जिसमें बिल्कुल काला भी शामिल है:

.

चूंकि एक बिल्कुल काले शरीर की अवशोषण क्षमता ए ओ= 1, और ए 1तथा ए 2आदि। हमेशा 1 से कम होता है, तो यह किरचॉफ के नियम का पालन करता है कि सीमित उत्सर्जकता ई ओपूरी तरह से काला शरीर है। चूंकि प्रकृति में बिल्कुल काले शरीर नहीं हैं, एक भूरे रंग के शरीर की अवधारणा पेश की जाती है, इसकी कालापन की डिग्री इ, जो एक धूसर और एक काले शरीर की उत्सर्जकता का अनुपात है:

किरचॉफ के नियम का पालन करना और उस पर विचार करना ए ओ= 1, हम लिख सकते हैं, कहाँ से ए=इ, अर्थात। कालेपन की डिग्री सापेक्ष उत्सर्जन और शरीर की अवशोषण क्षमता दोनों की विशेषता है। विकिरण की तीव्रता की निर्भरता को दर्शाने वाला विकिरण का मूल नियम ई ओ, इस तरंग दैर्ध्य रेंज (मोनोक्रोमैटिक विकिरण) के लिए संदर्भित, प्लैंक का नियम है।

,

कहाँ पे मैं- तरंग दैर्ध्य, [एम];

सी 1= 3.74 × 10 -6 डब्ल्यू × एम 2, सी 2= 1.4338 × 10 -2 मीटर × के;

सी 1तथा सी 2पहले और दूसरे प्लैंक स्थिरांक हैं।

चावल। 5.3. प्लैंक के नियम का चित्रमय प्रतिनिधित्व

जैसा कि आप ग्राफ से देख सकते हैं, एक ब्लैकबॉडी किसी भी तापमान पर तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में विकिरण करता है। बढ़ते तापमान के साथ, अधिकतम विकिरण तीव्रता कम तरंग दैर्ध्य की ओर बढ़ जाती है। इस घटना का वर्णन वीन के नियम द्वारा किया गया है:

एल अधिकतम टी= 2.898 × ​​10 -3 मीटर × के,

कहाँ पे एल मैक्सतरंग दैर्ध्य अधिकतम विकिरण तीव्रता के अनुरूप है।

मूल्यों के साथ लेफ्टिनेंट>>सी 2प्लैंक के नियम के बजाय, आप रेले-जीन्स कानून लागू कर सकते हैं, जिसे "लंबी-तरंग विकिरण का नियम" भी कहा जाता है:

विकिरण की तीव्रता l = 0 से तक के संपूर्ण तरंगदैर्घ्य अंतराल को संदर्भित करती है मैं= (अभिन्न विकिरण), को एकीकृत करके प्लैंक के नियम से निर्धारित किया जा सकता है:

कहाँ पे सी ओ= 5.67 डब्ल्यू / (एम 2 × के 4) - काले शरीर का अनुपात। अभिव्यक्ति (5.9) को स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून कहा जाता है, जिसे बोल्ट्जमैन द्वारा स्थापित किया गया था। ग्रे निकायों के लिए, स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून के रूप में लिखा गया है

. (5.10)

साथ=सी ओ ई- ग्रे शरीर का उत्सर्जन। दो सतहों के बीच विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण स्टीफन-बोल्ट्ज़मान कानून के आधार पर निर्धारित किया जाता है और इसका रूप है

, (5.11)

कहाँ पे ई OL- सतहों के साथ दो निकायों की कम उत्सर्जन एच 1तथा एच 2;

. (5.12)

अगर एच 1<<एच 2तब घटी हुई उत्सर्जकता सतह की उत्सर्जकता के बराबर हो जाती है एच 1, अर्थात। ई OL= ई 1. यह परिस्थिति ग्रे निकायों की उत्सर्जन और उत्सर्जन को निर्धारित करने की विधि का आधार है, जिसमें एक दूसरे के साथ उज्ज्वल ऊर्जा का आदान-प्रदान करने वाले निकायों की तुलना में महत्वहीन आयाम हैं।

. (5.13)

जैसा कि सूत्र (5.13) से देखा जा सकता है, उत्सर्जन और उत्सर्जन की डिग्री निर्धारित करने के लिए साथग्रे शरीर, आपको सतह के तापमान को जानने की जरूरत है टी वूपरीक्षण शरीर, तापमान टी एफशरीर की सतह से पर्यावरण और उज्ज्वल गर्मी प्रवाह क्यू और... तापमान टी वूतथा टी एफज्ञात विधियों द्वारा मापा जा सकता है, और उज्ज्वल गर्मी प्रवाह निम्नलिखित विचारों से निर्धारित होता है:

पिंडों की सतह से आसपास के स्थान में गर्मी का प्रसार मुक्त संवहन के दौरान विकिरण और गर्मी हस्तांतरण के माध्यम से होता है। पूरी धारा क्यूसतह से, इस प्रकार, शरीर बराबर होगा:

क्यू = क्यू एल + क्यू के,जहां से क्यू = क्यू - क्यू के ; (5.14)

क्यू के- ऊष्मा प्रवाह का संवहन घटक, जिसे न्यूटन के नियम के अनुसार निर्धारित किया जा सकता है:

क्यू के = एक कश्मीर(टी डब्ल्यू - टी एफ) (5.15)

बदले में, गर्मी हस्तांतरण गुणांक एक कुअभिव्यक्ति से निर्धारित किया जा सकता है (काम संख्या 3 देखें):

एक कु = नू एफ ए एफ /डी(5.16)

कहाँ पे नू फू = सी(जीआर एफ पीआर एफ) एन। (5.17)

इन अभिव्यक्तियों में परिभाषित तापमान परिवेश का तापमान t f है।

5.5.4. प्रायोगिक सेटअप आरेख

एक प्रयोगात्मक सेटअप, जिसका एक योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 4, दो निकायों - तांबा और एल्यूमीनियम के कालेपन की डिग्री निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जांच किए गए निकाय तांबे (9) और एल्यूमीनियम (10) ट्यूब (तत्व संख्या 1 और 2) व्यास के साथ हैं घ 1= 18 मिमी और घ 2= 20 मिमी लंबा ली= 460 मिमी, क्षैतिज रूप से रखा गया। ट्यूबों के अंदर नाइक्रोम तार से बने 11 इलेक्ट्रिक हीटर होते हैं, जो गर्मी स्रोत के रूप में काम करते हैं। गर्मी प्रवाह समान रूप से पाइप की लंबाई के साथ वितरित किया जाता है। स्थिर मोड में, इलेक्ट्रिक हीटर द्वारा उत्पन्न सभी गर्मी को पाइप की सतह के माध्यम से पर्यावरण में स्थानांतरित कर दिया जाता है। कुल गर्मी लंपटता क्यूपाइप की सतह से ऊर्जा की खपत से निर्धारित होता है। बिजली की बिजली खपत को एक ऑटोट्रांसफॉर्मर द्वारा नियंत्रित किया जाता है और इसे एक एमीटर और एक वाल्टमीटर या वाटमीटर द्वारा मापा जाता है।

चावल। 5.4. प्रायोगिक सेटअप आरेख

ट्यूबों के सिरों से गर्मी के नुकसान को कम करने के लिए, गर्मी-इन्सुलेट प्लग लगाए जाते हैं (12)। प्रत्येक ट्यूब की दीवारों में सतह के तापमान को मापने के लिए, 5 तांबे-स्थिर थर्मोकपल स्थापित किए जाते हैं (नंबर 1-5 पहला पाइप और नंबर 7-11 दूसरा पाइप)। थर्मोकपल वैकल्पिक रूप से एक स्विच (14) का उपयोग करके मापने वाले उपकरण (13) से जुड़े होते हैं।

5.5.5. प्रायोगिक प्रक्रिया और परिणाम प्रसंस्करण

प्रयोगशाला कार्य शुरू करने से पहले, सैद्धांतिक सामग्री और स्थापना के उपकरण से परिचित होना आवश्यक है। काम दो मोड में किया जाता है।

तालिका 5.2

कार्य संख्या 2 . के लिए गणना तालिका

पी / पी नं।	मात्रा का नाम	मात्रा और डिजाइन अनुपात का निर्धारण	पहला मोड
तत्व 1	तत्व 2
1.	ग्राशॉफ मानदंड
ए।	बड़ा विस्तार गुणांक
वी	तापमान सिर	डीटी = टी डब्ल्यू - टी एफ
साथ।	हवा की गतिज चिपचिपाहट गुणांक	एन एफ, एम 2 / सेकंड
2.	नुसेल्ट मानदंड	नू फू = सी (या एफ पीआर एफ)एन
ए।	प्रांदल मानदंड	जनसंपर्क
वी	गुणांक तालिका से चुने गए हैं। 6.2. (काम संख्या 3 देखें)	सी
एन
3.	पाइप की सतह
4.	गर्मी हस्तांतरण गुणांक
ए।	हवा की तापीय चालकता का गुणांक।	मैं f
5.	ऊष्मा प्रवाह का संवहनी घटक।
6.	दीप्तिमान गर्मी प्रवाह
7.	तिमिर
8.	उत्सर्जन
9.	कालेपन की डिग्री का औसत मूल्य

पहले मोड में माप लेने के बाद, शिक्षक को अवलोकन लॉग दिखाना आवश्यक है, और फिर दूसरा थर्मल मोड सेट करें। स्थिर-राज्य थर्मल शासन लगभग 3-5 मिनट में होता है। पीसी पर काम करते समय।

प्रत्येक मोड पर 2-3 मिनट के अंतराल के साथ प्रदर्शन करना आवश्यक है। प्रत्येक थर्मोकपल पर कम से कम 2 तापमान माप और वोल्टमीटर और एमीटर की रीडिंग के अनुसार शक्ति। अवलोकन लॉग - टैब में माप डेटा दर्ज करें। 5.1. माप केवल स्थिर अवस्था में ही किए जाने चाहिए। गणना के परिणाम तालिका में संक्षेप हैं। 5.3. प्राप्त आंकड़ों के आधार पर ग्राफ बनाएं इ = एफ(टी) 2 परीक्षण सामग्री के लिए। संदर्भ डेटा के साथ प्राप्त डेटा की तुलना करें (तालिका 1 - परिशिष्ट)।

हवा के भौतिक मापदंडों को तालिका से लिया गया है। परिभाषित तापमान पर 3 अनुप्रयोग टी एफ .

कार्य की गणना तालिका के अनुसार की जाती है। 5.2.

तालिका 5.3

कार्य संख्या 2, 3, 4 . के लिए प्रेक्षण लॉग