Сложный теплообмен

Лучистый перенос может сопровождаться одновременным переносом тепла путем теплопроводности и конвекции. Совместный (комби­нированный) процесс лучистого теплообмена и процесса теплопроводности или конвекции, а также всех трех видов переноса называют сложным теплообменом.
Среди процессов сложного теплообмена различают радиационно - конвективный и радиационно - кондуктивный теплообмен.
Радиационно-конвективный перенос теплоты является наиболее общим случаем сложного теплообмена; при этом теплота переносится не только радиацией, но и теплопроводностью, и конвекцией. В радиационно-кондуктивном теплообмене имеет место перенос теплоты в неподвижной ослабляющей и тепло-проводной среде путем излучения и теплопроводности.

Сложный теплообмен описывается системой уравнений, состоящей из уравнений энергии, движения и сплошности, к которым добавляются условия однозначности. Для модели сплошной среды уравнения сохранения массы и количества движения остаются неизменными. Уравнение энергии применительно к радиационно-конвективному стационарному теплообмену в однокомпонентной несжимаемой жидкости, поглощающей, испускающей и рассеивающей энергию излучения, будет иметь вид: 18.44)

здесь q_Т, q_К и q_Р — соответственно векторы плотности теплового потока за счет теплопроводности, конвекции и излучения (радиации).
В общем случае эти величины изменяются в рассматриваемом про-странстве. В уравнении (18.44) не учитываются возможные внутрен-ние источники теплоты и диссипация механической энергии.
Граничные условия задаются различно в зависимости от постановки задачи. Различным образом могут быть заданы физические и оптичес-кие параметры среды и граничной поверхности.

Задачи о совместном переносе энергии путем теплопро-водности и излучения вобщем случае являются весьма сложными, поэтому они решаются численными или при-ближенными методами. Однако применительно к оптичес-ки тонким и оптически толстым слоям эти задачи имеют простые решения. При отсутствии конвекции зависимость (18-44) с учетом того, что согласно закону Фурье qТ = — lgrad t, принимает вид: div(lgrad t) = div qР
Для одномерной и плоской задачи это соотношение переходит в зависимость

что эквивалентно равенству
(18.45)

В случае оптически толстого слоя среды:

(18.47)

Уравнение (18.47) показывает, что и в случае оптически толстого слоя среды потоки q_Т и q_Р не зависят друг от друга, общий поток определяется их суммой. Задачи радиационно-конвективного теплообмена даже для простых случаев обычно более трудны, чем задача радиационно-кондуктивного теплообмена.