مقاله مقدمه ای مختصر برای اصول انتقال حرارت تابشی


دنلود مقاله و پروژه و پایان نامه دانشجوئی

مقاله مقدمه ای مختصر برای اصول انتقال حرارت تابشی مربوطه  به صورت فایل ورد  word و قابل ویرایش می باشد و دارای ۸۱  صفحه است . بلافاصله بعد از پرداخت و خرید لینک دانلود مقاله مقدمه ای مختصر برای اصول انتقال حرارت تابشی نمایش داده می شود، علاوه بر آن لینک مقاله مربوطه به ایمیل شما نیز ارسال می گردد

 فهرست

مقدمه ای مختصر برای اصول انتقال حرارت تابشی   ۱
شرایط آسایش دمایی انسان   ۱۲
دمای متوسط تابشی به صورت زیر تعریف می شود :   ۱۷
دمای موثر به صورت زیر تعریف می شود :   ۱۸
مقدمه ای بر جابجایی آزاد   ۲۱
در قانون سرمایش نیوتنh  به عوامل زیر بستگی دارد:   ۲۱
مکانیزم:   ۲۲
جابجایی آزاد روی صفحه عمودی:   ۲۶
مقدمه   ۳۳
فهرست نامها :   ۳۳
علائم یونانی   ۳۵
۱٫۴٫ پیشرفت جریان و نواحی جرمی و حرارتی   ۵۱
۲٫۴ . توزیع متقابل شارهای جرم و گرما   ۶۱
۳٫۴٫ اثر تشعشع صفحات   ۶۶
۵٫نتایج آخر   ۷۴
مراجع   ۷۶

مراجع

۱٫      W.Aung و G. Worku ، جریان رشد یافته و برگشت جریان در یک کانال عمودی با دماهای غیر متقارن دیواره،
۲٫       ASME  J.Heat Transfer 108 (1986) 299-304
3.
4.      W.Aung و Worku G. ، تئوری جابجایی ترکیبی کاملاً گسترش یافته شامل برگشت جریان،
۵٫        ASME  J.Heat Transfer 108 (1986) 485 – ۴۸۸
۶٫      J.L.Peube , F.Penot , A.M.Dalbert Int.J.Heat Mass Transfer 24(9) (1981) 1463-1473
7.      Y.D.Liu ,C.Prakash ، جریان ایجاد شده توسط شناوری در یک مجرای عمودی دایره وار باله دار از داخل . ASME  J.Heat Transfer 107 (1985)118-123.

8.   L.Pera , B. Gebhart ، طبیعت جریان های جابجایی طبیعی عمودی حاصل شده از اثرات ترکیبی شناوری نفوذ جرمی و حرارتی ، Int.J.Heat Mass Transfer 14  (۱۹۷۱) ۲۰۲۵-۲۰۵۰
۹٫      ۱۹۷۹ , M.Vachon

10. C.Y.Soong . W.M. Yan  ، انتقال جرم و حرارت جابجایی د طول یک صفحۀ شیب دار گرم شده با تبخیر فیلمی . Int.J.Heat Mass Transfer 38(7) (1995) 1261-1269

11. G.le Palec , M.Daguenet , M.Mammou  ، تحقیق عددی انتقال جرم و حرارت از یک صفحه صاف شیبدار با مناطق خشک و خیس .Int.J.Heat Mass Transfer  ۳۵(۹) (۱۹۹۲)۲۲۷۷-۲۲۸۷

W.M.Yan , T.F.Lin , Y.L.Tsay  سرمایش فیلم مایع ریزان در حین انتقال گرما و جرم

Int.J.Heat Multiphase Flow 16 (5) (1990) 853-865.
Y.kurosaki ، انتقال حرارت تشعشعی در یک جریان میان صفحات صاف موازی با خطای دمایی در دیواره ها

Fifth International Heat Transfer Conference 1 (1974) 98-102

15. V.Sernas , D.g.Briggs , J.R.carpenter ، تشعشع ترکیبی و جابجایی آزاد لامینار در حال گسترش میان صفحات صاف عمودی با گرمایش نامتقارن

ASME  J . HEAT Transfer 104 (1976) 501-507
E.M.Sparrow, C.H.Liu، بر هم کنش جابجایی تشعشعی در یک کانال عمودی
Int.J.Heat Mass Transfer 23(1980) 1137-1146
1983. M.EL Yahyaoui
N.M.Ozisik ، انتقال تشعشع و بر هم کنش ها با هدایت و جابجایی،Wiley ، نیویورک ، ۱۹۷۳, P.574
Q.P.Choug،M.Akiyama، آنالیز عددی کنوکسیون آزاد با تشعشع سطحی در یک دیواره مربعی ،
Numerical Heat Transfer, Part  A  ۳۱(۱۹۹۷) ۴۱۹-۴۳۳
M.Al Taleb , A.S.Mujumdar, M.Hasan  ، تبخیر لامینار از سطوح صاف به درون بخار حلال فوق گرم و غیر اشباع، Hemisphere (1986) 604- 616

 

مقدمه ای مختصر برای اصول انتقال حرارت تابشی

برخلاف مکانیزم هدایت و جابجایی که در آنها انتقال انرژی از طریق محیط مادی صورت می گیرد ، در تابش انرژی می تواند حتی از ناحیه ای که به طور کامل خلاء می باشد ، عبور نماید. این انتقال از طریق امواج الکترومغناطیس صورت می گیرد. تابش در تمامی طول موج های طیف الکترومغناطیسی می تواند انجام پذیرد. بحث این کتاب محدود به بازه ی کوچکی از طول موج های طیف الکترومغناطیسی است که در آن انتقال انرژی به صورت حرارتی صورت می گیرد و بین طول موج های ۷/۰ تا  ۴۰۰ قرار دارد. سایر طول موج های طیف الکترومغناطیسی که در محدوده ی اشعه ی  و  و همچنین امواج رادیویی قرار دارند( شکل (۱-۱ )) ، هر چند دارای کاربردهای فراوانی می باشند ، اما در تابش حرارتی نقش چندانی ندارند.

به طور کلی تمام اجسام در دمای بالاتر از صفر مطلق بخشی از انرژی خود را به صورت تابش حرارتی به محیط اطراف می پراکنند. این ویژگی اجسام را می توان با آزمایشی ساده تجربه کرد؛ کافی است دست خود را در فاصله ی کمی از یک سطح سرد نگه دارید ، متوجه احساس سرما در دست خود می شوید که علت آن از دست دادن انرژی گرمایی دست به صورت تابش و دریافت این انرژی توسط سطح سرد است.

اساس عملکرد سامانه های گرمایش تابشی نیز همین سازوکار است. سطحی که دمای بالایی دارد ، انرژی گرمایی را به صورت تابش به سوی افراد ، اجسام و سطوح مقابل خود می پراکند. این امواج با برخورد به افراد مجددا به انرژی گرمایی تبدیل می شود و در آنها احساس گرما ایجاد می کند. میزان انرژی گرمایی انتقالی از طریق تابش به عوامل مختلفی از جمله اختلاف دمای دو جسم مقابل یکدیگر بستگی دارد.

یکی از مهمترین تعاریف در انتقال حرارت تابشی اصل جسم سیاه است. جسم سیاه سطح ایده آلی است که خواص زیر را دارد:

کلیه ی تابش حرارتی را ، در هر جهت و طول موجی که به آن می تابد ، جذب می کند.
در یک دما و طول موج معین ، تابش حرارتی که از آن منتشر می شود ، حداکثر ممکن است.
تابش جسم سیاه فقط تابع طول موج و دما و مستقل از جهت تابش می باشد.

توان پخش تابشی یک سطح با نماد E نمایش داده می شود. با توجه به تعریف جسم سیاه حداکثر توان پخشی که می تواند از هر سطحی بتابد ، توان پخش جسم سیاه نامیده می شود و با نماد  نشان داده شده است و مقدار آن از رابطه ی استفان – بولتزمان به دست می آید :

باید توجه داشت که توان پخش جسم سیاه در رابطه ی فوق به ازای مجموع طول موج ها می باشد ، در صورتی که برخی اوقات لازم است تا توان پخش را در بازه ی محدودی از طول موج ها به دست آوریم ؛ از این رو توان پخش تابشی جسم سیاه در طول موج λ را به عنوان توان پخش طیفی – تابشی جسم سیاه تعریف می کنیم  (Ebλ) که مقدار آن به کمک قانون پلانک به دست می آید :

همانگونه که در شکل (۱-۲ ) مشاهده می شود ، در هر دما به ازای طول موج معینی ، توان پخش طیفی – تابشی جسم سیاه بیشینه است. قانون وین رابطه ی بین دمای سطح جسم سیاه و این طول موج را به دست می دهد :

(۱-۳ )                           λmaxT =2897/8 μm.K= 5215/6 μm. R

برای مثال اگر خورشید به عنوان یک جسم سیاه در دمای (K 4722.2 )R 8500 در نظر گرفته شود ، توان پخش تابشی خورشید در طول موج  ۶۱/۰ حداکثر ممکن را دارا می باشد.

یکی از پارامترهایی که در تحلیل های انتقال حرارت مورد استفاده قرار می گیرد ، نسبت توان پخش تابشی جسم سیاه در محدوده ی طول موج ۰ تا λ به توان پخش تابشی کلی آن می باشد که به صورت زیر تعریف می شود :

 یکی از کاربردهای مهم این نسبت در مطالعه ی سامانه های گرمایشی ساختمان ها ، محاسبه ی توان تابشی عبوری از پنجره ها می باشد. شیشه ی پنجره ها در محدوده ی ۰ تا  ۴ شفاف است و امواج تابشی را عبور می دهد ، اما در مقابل طول موج های بالاتر مات می باشد. به عبارت دیگر در طول موج های بالای  ۴ شیشه ی پنجره در برابر تابش به صورت یک دیوار عمل می کند. یک پنجره را در برابر دو منبع تابشی متفاوت ، خورشید و یک سامانه ی گرماتاب ، به عنوان اجسام سیاه به ترتیب با دما و طول موج های (K 2/4722 ) R 8500 و  λmax =0/ 61 μm و (K 573 ) R 1032 و  λmax = 5/06 μm در نظر بگیرید ؛ می توان حدس زد که بیشتر توان پخش تابشی خورشید از پنجره عبور کرده و وارد فضای اتاق می شود ( ۴   ۶۱/۰ ) در حالی که درصد اندکی از توان پخش تابشی گرماتاب از پنجره خارج شده ( ۰۶/۵   ۴ ) ، و بیشتر آن پس از برخورد با پنجره به فضای اتاق باز تابیده می شود. برای تایید این گمانه ها و برآورد عددی مقادیر آنها می توان از نمودار شکل (۱-۳ ) استفاده کرد ؛ برای خورشید داریم :

که با توجه به نمودار شکل (۱-۳ ) متناظر با F0-λT =0/98  می باشد ؛ این نسبت نشان می دهد که ۹۸ درصد توان پخش تابشی خورشید از پنجره عبور کرده و وارد اتاق می شود ؛ از سوی دیگر برای گرماتاب داریم :

که متناظر با ۱۲/۰ = FλT می باشد و نشان می دهد که فقط حدود ۱۲ درصد توان پخش تابشی گرماتاب از طریق پنجره از اتاق خارج می شود.

تاکنون سطوح مورد مطالعه را ایده آل ( جسم سیاه ) فرض نمودیم ، اما از آنجا که در موارد کاربردی با سطوحی همچون فرش ، کف ، دیوار ، مبل ، میز کار و غیره مواجهیم که نمی توان آنها را الزاما ایده آل فرض نمود ، بنابراین مطالعه ی خواص سطوح حقیقی جهت حل مسایل دنیای واقعی ضروری می باشد. سطوح اجسام محیط اطراف ما الزاما جسم سیاه نیستند ، بدین لحاظ ضریبی تحت عنوان « ضریب تابش » تعریف می شود که نسبت توان پخش تابشی سطح حقیقی را به توان پخش تابشی جسم سیاه هم دمای آن نشان می دهد و به صورت زیر بیان می شود :

نمودارهای شکل (۱-۴ ) و شکل ( ۱-۵ ) مقادیر عددی ضریب تابش را برای سطوح مواد مختلف برحسب دمای سطح نشان می دهد. همان گونه که در نمودار شکل (۱-۴ ) مشاهده می شود ، افزایش زنگ زدگی سطوح فلزی به شدت باعث افزایش مقدار ضریب تابش می شود.

هرگاه انرژی تابشی به سطح یک جسم برخورد کند ، همان گونه که در شکل (۱-۶ ) دیده می شود ، بخشی از تابش منعکس می گردد ، بخشی جذب شده و بخشی از آن عبور کرده و منتقل می شود. در صورتی که مقدار کل فروتابش به سطح را با ( W/ )G نشان دهیم ، با توجه به اصل بقای انرژی خواهیم داشت :

با تقسیم رابطه ی (۱-۶ ) بر G و تعریف پارامترهای زیر برای سطوح حقیقی ، خواهیم داشت :

 ضریب انعکاس  بخشی از فرو تابش را که منعکس شده ، ضریب جذب  کسری را که جذب شده و ضریب عبور  کسری را که عبور کرده است ، نشان می دهد. لازم به ذکر است که هر چهار ضریب تعریف شده برای سطوح حقیقی در این بخش را می توان به صورت طیفی – جهتی نیز بیان نمود که در آن صورت این ضرایب با پانویس های λ و ۰ همراه می شوند( برای مطالعه ی بیشتر در این زمینه می توان به  مراجعه نمود).

در ادامه این بخش به مطالعه ی قانون کیرشهف که در ساده سازی و حل بسیاری از مسایل انتقال حرارت تابشی کاربرد دارد ، می پردازیم.

طبق قانون کیرشهف هرگاه جسمی با محیط اطرافش ( محیطی که جسم تحت فروتابش آن قرار دارد ) در تعادل دمایی قرار داشته باشد ، ضریب طیفی – جهتی جذب یکسان خواهند بود. به عبارت دیگر :

      (۱-۹ )                                       ελө= αλ,ө

حال در صورتی که فرو تابش محیط و سطح جسم وابسته به راستا نباشند ، مقادیر طیفی این ضرایب برابر خواهند بود :

    (۱-۱۰ )                                         ελ= αλ

حال اگر مقادیر طیفی این ضرایب مستقل از طول موج باشند ( که اصطلاحا چنین جسمی را جسم خاکستری می نامیم ) ، در آن صورت ضریب تابش و جذب سطح یکسان خواهند بود :

در بسیاری از کاربردهای علمی می توان اجسام را خاکستری در نظر گرفت و به جای ضریب جذب از ضریب تابش که مقدار آشناتری است ، استفاده کرد ، مگر در شرایطی که ضرایب تابش و جذب به شدت تابع طول موج باشند. به کمک این قانون می توان تابش صادر شده از هر سطح را که مجموع تابش سطح ( ) و انعکاس فروتابش سطح (G  ) می باشد و اصطلاحا رادیوزیتی سطح نامیده می شود ، به دست آورد ؛ چراکه در گرمایش به جز در رابطه با پنجره سایر سطوح را می توان مات در نظر گرفت () ، بنابراین خواهیم داشت :

که با تحقق شرایط قانون کیرشهف می توان ضریب تابش را جایگزین ضریب جذب نموده و مجموع تابش صادر شده از سطوح را به دست آورد ؛ این فرضیات در تحلیل انتقال حرارت بسیاری از کاربردهای صنعتی تابش همچون تحلیل انواع کوره ها نقشی اساسی دارد.

۳٫۱شرایط آسایش دمایی انسان

به طور کلی جهت پیش بینی شرایط آسایش دمایی برای انسان ۶ پارامتر بایستی مورد بررسی قرار گیرد:

میزان فعالیت بدنی ، میزان عایق بودن لباس ها ، سرعت هوا ، رطوبت نسبی ، دمای حباب خشک هوا و دمای متوسط تابشی (MRT ) ؛ میزان فعالیت بدنی و نوع پوشش برمبنای نوع فضا مشخص می شود( اداره ، سالن ورزشی ، کارگاه تولیدی و … ) ، معمولا سرعت هوا باید به گونه ای باشد که مانع ایجاد جریان شدید هوا شود و از سوی دیگر هوای تازه مورد نیاز و مناسب با نوع محل را برای ساکنان فراهم نماید. بنابراین رطوبت نسبی ، دمای حباب خشک هوا و دمای متوسط تابشی تنها پارامترهایی می باشند که مهندس مشاور در رابطه با ساکنان باید مد نظر قرار دهد. با وجود این امروزه معمولا در طراحی سامانه های گرمایشی نقش دمای متوسط تابشی در نظر گرفته نمی شود. در حالیکه نمی توان نقش این دما را در کاهش بار حرارتی محاسبه شده در سامانه های گرمایش تابشی نادیده گرفت.

برای ایجاد احساس آسایش دمایی در افراد ابتدا بایستی نرخ تولید گرما در بدن و نحوه ی تبادل آن با محیط را مورد مطالعه قرار دهیم. گرمای تولیدی سوخت و ساز بدن به نوع فعالیت و ابعاد فیزیکی فرد مورد مطالعه بستگی دارد. برای مثال توان تولیدی بدن یک مرد با اندام متوسط که با آرامش نشسته باشد ، حدود W 108 می باشد ، در حالیکه اگر وی با سرعتی معادل (mph 0/3 ) m/s 34/1 حرکت کند ، این توان W 270 خواهد بود. شکل (۱-۹ ) توان تولیدی سوخت و ساز بدن را برای یک مرد متوسط حین برخی فعالیت ها نشان می دهد.

بدن انسان به چندین روش با محیط اطراف تبادل گرما می کند. بدن هنگام تعرق و تنفس انرژی را بیشتر به صورت گرمای نهان با محیط مبادله می کند. بایستی توجه داشت که تبخیر محدود به آب خارج شده از بدن به واسطه ی تعرق نیست ، بلکه در حالت عادی نیز آب از طریق نفوذ از پوست عبور می کند و از روی سطح آن تبخیر می گردد. اما گرما از طریق تابش و جابجایی نیز بین بدن و محیط اطراف مبادله می شود( گرمای محسوس ). انتقال حرارت جابجایی ( همرفتی ) می تواند به صورت جابجایی آزاد هوا یا به صورت اجباری (به کمک دمنده یا جریان باد) صورت گیرد. نحوه ی فعالیت فرد ، سرعت جریان هوا و دمای هوای اطراف عوامل موثر بر میزان انتقال حرارت جابجایی می باشند.

از آنجا که انتقال حرارت تابشی از طریق هوای محیط صورت نمی پذیرد ، بنابراین مختصات محل استقرار فرد نسبت به سطوح و اشیای اطراف و اختلاف دمای بین بدن و اشیاء ، تعیین کننده میزان انتقال حرارت تابشی بین فرد و محیط اطرافش خواهد بود ، از اینرو دمای هوای اطراف فرد تاثیری بر میزان انرژی تابشی مبادله شده ندارد.

محاسبه ی زیر مقدار معمول تبادل گرمای از طریق تابش بین فرد و محیط اطراف را به دست می دهد:

دمای پوست انسان در حالت عادی حدود ۳۲ می باشد که این دما در اثر انتقال حرارت هدایتی در لباس حدود ۴ کاهش می یابد : دمای محیط اطراف نیز ۲۰ در نظر گرفته می شود. مساحت بدن افراد به طور میانگین حدود ۲ بوده و مراجعه به شکل (۱-۵ ) نشان می دهد که ضریب تابش آن را می توان در حدود ۱ در نظر گرفت ، بنابراین نرخ گرمایی را که بدن انسان از طریق تابش از دست می دهد. به کمک رابطه ی استفان – بولتزمان می توان محاسبه نمود:

 همانگونه که مشاهده می شود بخش عمده ای از گرمای تولید شده سوخت و ساز بدن از طریق تابش به محیط اطراف منتقل می گردد. استفاده از قانون وین نشان می دهد که بخش عمده ی تابش بدن در محدوده ی مادون قرمز صورت می گیرد :

 به همین جهت ابزارهایی که برای عکس برداری دمایی از بدن انسان به کار می روند ، تنها برای بازه ی طیفی  ۱۴-۷ تنظیم می شوند شکل (۱-۱۰ ) یک نمونه از این تصاویر را نشان می دهد).

انتقال حرارت تابشی و جابجایی بین فرد و محیط اطراف الزاما در یک جهت نمی باشد ؛ برای مثال اگر دمای پوست بیشتر از دمای هوای اطراف و کمتر از دمای اشیاء اطراف که تحت فروتابش آن ها قرار دارد ، باشد ، در این صورت بدن از طریق جابجایی مقداری گرما از دست می دهد ، در عین حال که بوسیله ی تابش مقداری گرما جذب می کند ( مانند ایستادن کنار آتش در هوای سرد).

همان گونه که قبلا اشاره شد ، معمولا مهندسان محاسب شرایط آسایش دمایی را فقط متناظر با دمای هوای داخل اتاق در نظر می گیرند و بدین لحاظ انتخاب سامانه های گرمایشی را بر مبنای اختلاف دمای هوای طرح داخل و خارج انجام می دهند. بایستی توجه داشت که دمای هوای طرح داخل همواره نمی تواند تضمین کننده ی آسایش دمایی ساکنان باشد ، چرا که در این محاسبات تاثیر فروتابش اجسام مجاور بر افراد منظور نمی گردد. شکل (۱-۱۱ ) فردی را در زمستان در دمای  ۱۰ و در فضای بیرون خانه در یک روز آفتابی نشان می دهد ، انرژی بدن وی از دو طریق کاهش می یابد : (۱ ) از انتقال حرارت جابجایی با هوای اطراف (۲ ) تابش به اجسام اطراف (مانند درختان) که تقریبا در تعادل دمایی با هوای محیط قرار دارند. این دریافت انرژی از طریق تابش خورشید در مجموع موجب می شود این فرد در دمای هوای   ۱۰ احساس آسایش دمایی نماید.

مثال فوق نشان می دهد که جهت تامین شرایط آسایش دمایی نمی توان تاثیر تابش را نادیده گرفت. بنابراین برای بررسی شرایط آسایش دمایی انسان ضروری است هر دو پارامتر دمایی موثر در آسایش دمایی که در ابتدای این بخش به آن ها اشاره شد را مد نظر قرار داد. فنگر در سال ۱۹۶۷ دمای موثر را به عنوان مبنای محاسبه ی آسایش دمایی انسان پیشنهاد نمود. به عبارت دیگر تنها دمای موثر ( که ترکیبی از دمای هوا و دمای متوسط تابشی است ) توسط افراد احساس می شود. شکل (۱-۱۲ ) تفاوت این سه دما را به صورت شماتیک نشان می دهد.

دمای متوسط تابشی

80,000 ریال – خرید
 

تمام مقالات و پایان نامه و پروژه ها به صورت فایل دنلودی می باشند و شما به محض پرداخت آنلاین مبلغ همان لحظه قادر به دریافت فایل خواهید بود. این عملیات کاملاً خودکار بوده و توسط سیستم انجام می پذیرد.

 جهت پرداخت مبلغ شما به درگاه پرداخت یکی از بانک ها منتقل خواهید شد، برای پرداخت آنلاین از درگاه بانک این بانک ها، حتماً نیاز نیست که شما شماره کارت همان بانک را داشته باشید و بلکه شما میتوانید از طریق همه کارت های عضو شبکه بانکی، مبلغ  را پرداخت نمایید. 

 

 

 

مطالب پیشنهادی: برای ثبت نظر خود کلیک کنید ...

براي قرار دادن بنر خود در اين مکان کليک کنيد
به راهنمایی نیاز دارید؟ کلیک کنید


جستجو پیشرفته مقالات و پروژه

سبد خرید

  • سبد خریدتان خالی است.

دسته ها

آخرین بروز رسانی

    دوشنبه, ۱۵ آذر , ۱۳۹۵

اولین پایگاه اینترنتی اشتراک و فروش فایلهای دیجیتال ایران
wpdesign Group طراحی و پشتیبانی سایت توسط دیجیتال ایران digitaliran.ir صورت گرفته است
تمامی حقوق برایdjkalaa.irمحفوظ می باشد.