(2.36)

В установившемся режиме температура в области х > 0 опи­сывается выражением:

(2.37)

Из дифференциального уравнения теплопроводности следует, что тепловой поток в стационарном режиме равен нулю. Следовательно, количество тепла, подведенного извне в единицу времени, должно быть равно количеству тепла, отводимого в еди­ницу времени с расплавом:

(2.38)

Определив υ из соотношения (2.38), можно рассчитать рас­пределение температур в твердом теле по формуле (2.36). Рассмотренные три случая наиболее типичны для процессов переработки полимеров, так как любой реальный процесс плавле­ния можно свести к одному из них.

2.4.Теплопередача в потоках расплава

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;

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

Gr = gλP2lzΔT/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.

2.5. 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.