Hősugárzás Hősugárzás: 0.8 – 40 μm VIS: 400 – 800 nm UV: 200 – 400 nm Energia átadás: sugárzás, elnyelés ha 1 abszolút fekete test (korom 90-96 %) abszolút fehér test (tükörfelületek) abszolút átlátszó

Stefan–Boltzmann féle sugárzási törvény 1879-ben Jožef Stefan szlovén fizikus mérte meg először a feketetest által az összes hullámhosszon kisugárzott energiát. Azt tapasztalta, hogy az arányos az abszolút hőmérséklet negyedik hatványával. Ezt később elméleti úton magyarázta meg Ludwig Boltzmann, ezért hívják az eredményt Stefan-Boltzmann-törvénynek. A feketetest-sugárzás olyan képzeletbeli testnek – az abszolút fekete testnek – a sugárzása, amely az elektromágneses sugárzás minden hullámhosszát képes elnyelni vagy kibocsátani. Az elnevezés nagyon félrevezető, hiszen a feketetest képes a leghatékonyabban hőenergiát sugárzássá alakítani. így idealizált elméleti alapot ad az anyag és a sugárzás kapcsolatának vizsgálatához Stefan-Boltzmann állandó 2

Planck féle sugárzási törvény Plank-képlet E (hullámhossz, T) Következik belőle a Stefan–Boltzmann törvény: görbe alatti terület; valamint a Wien törvény 3

Wien-féle eltolódási törvény Kirchoff törvénye bár a test emisszióképessége és abszorpcióképessége anyagfüggő, a hányadosuk független az anyagi minőségtől. Különböző minőségű testekre, azonos hőmérséklet és frekvencia esetén a spektrális emisszió és spektrális abszorpcióképesség viszonya állandó. 4

Hőcsere - hőátszármaztatás Hőenergia átadás, áramlás – extenzív mennyiség. Hajtóerő a hőfokkülönbség – hőmérséklet a megfelelő intenzív menny. Energiaáramlás iránya (tiszta hővezetés): Hőátvitel módjai: vezetés, konvekció, sugárzás. Hőközlés módjai: Közvetlen: fázisok, komponensek összekeverése, pl. két folyadék összekeverése, direkt gőzzel fűtés, cseppfolyós nitrogénnel való közvetlen hűtés (CO2 is). Közvetett: készülékfalon keresztül, a legtöbb készülék az iparban és a háztartásban is ilyen (kályha). Termodinamika 2. főtétele (entrópia nő) vezetés: nincs anyagáramlás konvekció: anyagáramlással Hőátadás, hőátszármaztatás gyakorlati célja: (fázisváltozás nélkül) hűtés, melegítés, (fázisváltozással) forralás, kondenzáció (párolgáshő, kondenzációs hő); olvasztás, fagyasztás (olvadási – fagyási hő).

Közvetett hőátszármaztatás (fal választ el): 1. Hőátadás a fluidumból a falfelületre álló határrétegben 2. Hővezetés 3. Hőátadás a falfelületről álló határrétegben a fluidumra

Hővezetés: T = f (t, x, y, z) Stacionárius állapot: T = f (x, y, z); (T ≠ f (t)) Az azonos hőmérsékletű pontok halmaza (felület) az izoterma. A hővezetés alaptörvénye a Fourier törvény: A: felület l: hővezetési tényező q: hőáramsűrűség A felületre merőleges irányú hővezetéssel átvitt hőáram egyenesen arányos a hőmérséklet-gradienssel, a felülettel és a hővezetési tényezővel. Analógia Fick I. törvényével:

A hővezetés differenciálegyenlete: ún. Fourier differenciálegyenlet (nyugvó közegre belső hőforrás és hőátadás nélkül) A hőmérséklet időbeli változását írja le. a: hőmérséklet-vezetési tényező Analógia Fick II. törvényével: A Fourier egyenlet megoldása egyszerűsítésekkel: stacionárius állapot, hőfelhalmozódás, fogyás nincs nabla2 – Laplace op

Vizsgáljuk a következő esetet:  vastagságú végtelen fal, mely x-re merőleges, két oldalán eltérő hőmérsékletű, és nagy hőkapacitása van. Ebben az esetben csak x irányú hőcsere van.

Ezt behelyettesítve a Fourier alaptörvénybe: Homogén, sík fal hővezetési egyenlete stacionárius esetben. A hőmérséklet lefutás stacionárius esetben egyenes.

Hővezetés hengeres falban (csőben): Egyrétegű hengeres fal hővezetési egyenlete stacionárius esetben.

Ha a fal több rétegű: Egy és több rétegű csőben is a hőmérséklet-eloszlás logaritmusgörbe alakú.

Néhány hővezetési tényező

Hőátbocsájtás sík falon: A1=A2=A a - hőátadási tényező l - hővezetési tényező

Több rétegű szilárd fal esetén: k – hőátbocsájtási tényező 1/k – termikus ellenállás

Néhány hőátadási tényező (függ a fluid közeg áramlásától):

Hőátbocsájtás egyenlete egyenáramú hőcsere esetén: G – tömegáram c – fajhő t - hőmérséklet G1 = állandó G2 = állandó c1 = állandó, c2 = állandó. A stacioner állapot beáll az ábrán látható hőfokprofillal. Hőcsere csak a falon át.

egyenáramú hőcsere egyenlete logaritmusos közepes hőmérséklet-különbség LMTD

Hőátbocsájtás egyenlete ellenáramú hőcsere esetén: G1 = állandó G2 = állandó c1 = állandó, c2 = állandó. A stacioner állapot beáll az ábrán látható hőfokprofillal. Hőcsere csak a falon át.

ellenáramú hőcsere egyenlete logaritmusos közepes hőmérséklet-különbség

Hőcserélők és szabványos jelképeik A leggyakoribbak a csőköteges hőcserélők. Lehetnek: egyjáratúak, többjáratúak. 1. Merev csőköteges

2. Hajtűcsöves (U csöves) A köpenytér és a csőtér közötti nagy hőmérsékletkülönbségnél, és ált. 10 bar nyomás felett.

3. Úszófejes Szintén nagy hőmérsékletkülönbségnél.

4. Cső a csőben 5. Csőkígyós

Hőcserélő általános jelképei