Передача тепла в движущейся жидкости происходит по механизму конвективного теплообмена, который осуществляется как за счет переноса тепла током жидкости, так и за счет теплопроводности самой жидкости. Аналитическое решение дифференциальных урав­нений теплопроводности в случае конвективного теплообмена удается получить лишь при введении большого числа упрощений. Поэтому для практических целей используют результаты экспери­ментальных исследований, представленные в виде зависимостей между соответствующими критериями подобия. Обычно при изу­чении теплопередачи конвекцией принимаются следующие до­пущения:

1) на границе с поверхностью нагрева (охлаждения) соблю­даются условия прилипания; 2) физические параметры жидкости (теплоемкость, теплопроводность, плотность и вязкость) сохра­няют неизменное значение для всего потока; 3) лучистый тепло­обмен между поверхностью нагрева (охлаждения) и потоком жидкости происходит независимо от контактной теплоотдачи.

В настоящее время наибольшее распространение получили экс* периментальные исследования процессов стационарного теплооб­мена. Для описания процесса теплообмена обычно используется известное уравнение Ньютона:

                                       (2.39)

где а — коэффициент теплоотдачи, определяющий количество тепла, подводимое (или отводимое) к жидкости в единицу времени через поверхность с единичной площадью;

Tw — температура стенки канала;

Тж — средняя температура жидкости.

По своему физическому смыслу коэффициент теплоотдачи является условной величиной и характеризует отношение коэффициента теплопроводности жидкости к толщине δ пристенного слоя, в котором происходит температурный скачок:

                                                (2.40)

Использование методов теории подобия позволяет свести решение проблемы теплообмена в потоке жидкости к экспериментальному определению вида функциональной зависимости:

                                 (2.41)

Здесь —  критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность

теплообмена;

Р r = Срμ/ l — критерий Прандтля, характеризующий соотношение между количеством тепла, поглощаемого жидкостью за счет изменения энталь­пии, и количеством тепла, отводимого за счет теплопроводности;

Gr = gλP ² l^zΔT /μ² — критерий Грасгофа, характеризующий интенсивность теплооб­мена за счет свободной конвекции;

 Re = vlp /ц — число Рейнольдса, характери­зующее отношение сил инерции к силам вязкого трения;

Ре = vd / a — критерий Пекле;

— критерий Гретца.

Известные в настоящее время результаты экспериментального исследования теплообмена в расплавах полимеров относятся пре­имущественно к течению в каналах круглого сечения. Общая фор­мула имеет вид:

                    (2.42)

где индексы «Ж» и «ст» Означают, что соответствующие значения критерия от­носятся к усредненным характеристикам жидкости или к характеристикам жид­кости в пристенном слое.

Значения показателей степени при критериях в уравнении (2.42) приведены ниже:

Таблица (3.1) Значения показателей степени при критериях подобия.

Полимер	А	X	У	Z	Z 1
П Полиэтилен низкой плотности 16		0,33	0,33	0,15	0,33
П Полиэтилен низкой плотности 17	2,25	0,18	0,20	0,25	0

Лучистый теплообмен

Нагрев излучением применяется главным образом в операциях, предшествующих пневмо- и вакуум-формованию относительно тон­ких листов термопластов.

Лучистая энергия передается в виде электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве до тех пор, пока на их пути не встретится какая-либо поглощающая среда: газ, жидкость или твердое тело. Излучаемая энергия пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры изучающего тела. Так как обычно большая часть энергии излучения в применяемой на прак­тике области температур приходится на инфракрасный спектр, нагрев излучением называют также инфракрасным нагревом.

Гипотетическое тело, поглощающее все падающие на него лучи, называется абсолютно черным телом. Интенсивность лучеиспуска­ния абсолютно черного тела Еb определяется законом Стефана — Больцмана:

                                                             (2.43)

Где а — постоянная Стефана  Больцмана, равная 1,36 • 10 ^-12 кал/(см² • с • /K⁴), или  

Реальные тела излучают меньше энергии. Их излучательная способность е оценивается по формуле:

                                               (2.44)        

где Е — интенсивность лучеиспускания реального тела.

Обычно ε зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом. Металлоиды и окислы металлов обладают высокой излучательной способностью (ε ≥ 0,8). У хорошо отполированных металлов из­лучательная способность невысока (ε ≤ 0,1) Реальные тела по­глощают только часть попадающего на них излучения.

Коэффи­циент поглощения определяется как отношение поглощенного из  лучения к падающему.

При расчете лучистого теплообмена между черными телами под излучение попадает только та часть тела, которая просматривается с излучающего тела. Далее, интенсивность излучаемой энергии максимальна вдоль нормали к поверхности и равна нулю в тангенциальном направлении. Можно учесть взаимное расположение излучателя и облучаемого тела введением коэффициента видимости, учитывающего долю излучаемой энергии, которая попадает на облучаемое тело.

Допустим, что лучистая энергия, излучаемая от черной поверхности 1 на черную поверхность 2, равна E1A1F12 (A1 — площадь излучателя, F12 — доля энергии, попадающая на поверхность 2). Очевидно, что

                                          A 1 F 12 = A 2 F 21                                                                     (2.45)

Поэтому количество тепла Q 12, переданное при лучистом тепло­обмене от тела 1 к телу 2, равно:

                                          Q 12 = A 1 F 12 ( E 1 - E 2 )                              (2.46)

 Воспользуемся законом Стефана — Больцмана и получим:

                               (2.47)

Наконец, если T ₂ / T 1 << 1 то выражение (2.47) сводится к виду:

                                                 (2.48)

    Для неабсолютно черных тел расчет осложняется наличием доли многократно отраженного излучения. В случае двух беско­нечных параллельных пластин общее количество тепла, передан­ного с единицы поверхности, выражается формулой:

                                       (2.49)

где F_ε — коэффициент излучения, равный:

                                                                            (2.50)

Коэффициент теплопередачи h определится из выражения, анало­гичного по форме уравнению Ньютона:

                                              (2.51)

Реальные полимеры и их расплавы плохо пропускают инфра­красное излучение. Поэтому падающая на них энергия превра­щается в тепло непосредственно на их поверхности. Некоторое количество выделяющегося тепла сразу же теряется на потери в виде собственного излучения и путем конвекции.

Поглощаемое тепло распространяется внутрь за счет процес­сов теплопроводности. Поэтому итоговое распределение темпера­тур в теле, нагреваемом лучистой энергией, зависит не только от мощности потока лучистой энергии, но также и от теплопроводно­сти и конвективных потерь.