5. Расчет системы радиационного теплообмена

5.1. Цель и задачи расчета радиационного теплообмена

Расчет радиационного теплообмена в системе твердых тел и газовых объемов имеет важное значение для многих промышленных и научных отраслей. Основной целью является определение температур и потоков излучения поверхностных и объемных зон. Благодаря этому можно осуществлять дальнейшее проектирование и оптимизацию системы.

Задачи теплообмена подразделяются на прямые, обратные и смешанные. Прямые задачи используют заданные входные параметры для расчета тепловыделений и тепловых потоков в системе. Обратные задачи решаются при наличии измеренных тепловых потоков и температур в системе для определения исходных параметров. Смешанные задачи объединяют в себе и прямые, и обратные задачи для расчета переменных параметров.

В расчете радиационного теплообмена используются различные виды потоков радиационного излучения, такие как единичный поток, зонный поток и диффузный поток. Однако они рассматриваются только как вспомогательные величины.

В итоге, расчет радиационного теплообмена в системе твердых тел и газовых объемов позволяет более точно определить температуры и потоки излучения, что необходимо для дальнейшей оптимизации системы.

Обратные задачи радиационного теплообмена и смешанные задачи – это два различных подхода к моделированию процессов теплообмена. В первом случае мы имеем дело с задачами, в которых исходные данные о теплообмене неизвестны, а мы ставим перед собой цель их определения на основе измерений или расчетов. Второй тип задач связан с заданием входных параметров (температуры, тепловых потоков и тепловыделений), а затем рассмотрением влияния этих параметров на процессы в системе.

Ключевое отличие состоит в том, что обратные задачи затрагивают неизвестные параметры, а смешанные задачи – задают их значения с целью изучения процессов. Почему это важно? Потому что задачи теплообмена – это одни из ключевых в радиационной технике, а также в области моделирования климата и процессов горения. Поэтому точное определение входных параметров имеет решающее значение для достижения заданных целей.

Надо учитывать, что смешанные задачи предполагают грубое приближение при задании исходных параметров, что снижает точность моделирования. В обратных задачах, напротив, нам нужно разработать сложные алгоритмы, чтобы извлечь необходимые данные из физической системы. Оба подхода имеют свои достоинства и недостатки, и выбор между ними зависит от конкретной задачи и требований к точности моделирования.

Задача расчета параметров радиационного теплообмена связана с определением значений тепловыделений и температур в газовых объемах, а также результирующих тепловых потоков и температур в поверхностных зонах. Для решения этой задачи используется неявно заданная постановка задачи, которая также применяется при решении задач внешнего радиационно-конвективного теплообмена. Определение параметров радиационного теплообмена является важным аспектом при проектировании и эксплуатации технологических процессов и оборудования.

5.2. Проблемы

При выполнении работы столкнулись со следующими проблемами:

1. Деление воздушной массы на зоны и выбор рода зон для каждого объекта;

2. При радиационном анализе для каждой из поверхностей должна быть указана либо температура, либо тепловой поток и, чтобы получить уникальное решение для неизвестных температур поверхности и скоростей теплопередачи;

3. Тепловые потоки через ограждающие конструкции и их распределение;

4. Поглощательная и излучающая способность объемной зоны (воздуха).

Методы решения:

Для каждой зоны в соответствии с постановкой задачи расчета радиационного теплообмена один из двух параметров – температура зоны ( ) или результирующий тепловой поток ( ) – задан по условию, а другой является искомым. В зависимости от того, какой параметр задан, различают зоны [4] I - го и II - го рода. Для зон I - го рода заданы температуры ( ), а искомыми являются потоки результирующего излучения ( ). Для зон II - го рода заданы потоки результирующего излучения ( ), а требуется найти температуру зон ( ). Поэтому при прямой постановке задачи расчета РТО все зоны – зоны I - го рода, при обратной постановке задачи – все зоны – зоны II - го рода, при смешанной – есть зоны и I - го и II - го рода. При неявно заданной постановке расчета РТО для всех зон неизвестными являются и температуры, и тепловые потоки при заданной функциональной зависимости между ними. Такие зоны называют зонами III - го рода. Неявно заданные задачи РТО решают методом последовательных приближений (методом итераций) задавая в первом приближении либо температуры зон, либо тепловые потоки. Поэтому неявно заданная задача расчета сводится к решению или прямой задачи с использованием зон I - го рода, или к решению обратной задачи с использованием зон II - го рода.

Итак, решение задачи радиационного теплообмена для зон каждого из трех родов сводится к определению [4]:

– потоков результирующего излучения рез (для зон I -го рода);

– температур или потоков собственного излучения (для зон II - го рода);

– потоков результирующего излучения и температур (для зон III - го рода).