Stralingsuitwisseling tussen twee oppervlakken
Beschrijving
Bereken de netto stralingswarmtestroom tussen twee parallelle vlakken of tussen een object en zijn omgeving. Inclusief effectieve emissiviteit, vergelijking met convectie en praktijkadvies op basis van emissiviteit en temperatuur.
Invoer velden
Resultaten
Deze tool berekent de netto warmteoverdracht door straling tussen twee oppervlakken volgens de wet van Stefan-Boltzmann. Straling is een van de drie vormen van warmteoverdracht en wordt dominant bij hoge temperaturen (boven 300°C). Bij lage temperaturen speelt de emissiviteit van het oppervlak een cruciale rol: glimmende materialen (aluminium, gepolijst staal) stralen nauwelijks warmte uit, donkere materialen (zwart gelakt, baksteen) juist veel.
Kies de geometrie: bij parallelle vlakken vul je beide oppervlaktes in. Bij een object in een grote omgeving (bijv. een machine in een fabriekshal) hoef je alleen de emissiviteit van het object in te vullen, de omgeving wordt als zwarte straler (eps=1,0) beschouwd.
Bron: Incropera hoofdstuk 13, VDI Wärmeatlas sectie K.
Formulas:
-
h_T1_K = round(if(T1_C > -273, T1_C + 273.15, 273.15), 2)
-
h_T2_K = round(if(T2_C > -273, T2_C + 273.15, 273.15), 2)
-
h_T1_4 = if(h_T1_K > 0, round(exp(4 * ln(h_T1_K)), 0), 0)
-
h_T2_4 = if(h_T2_K > 0, round(exp(4 * ln(h_T2_K)), 0), 0)
-
h_sigma = 0.0000000567
-
h_F_eff = if(geometrie == 'omgeving', round(eps1, 4), if(A2_m2 > 0, round(1 / (1 / eps1 + A1_m2 / A2_m2 * (1 / eps2 - 1)), 4), 0))
-
h_Q_str = round(h_sigma * h_F_eff * A1_m2 * (h_T1_4 - h_T2_4), 1)
-
h_Q_conv = round(10 * A1_m2 * (T1_C - T2_C), 1)
-
h_Q_str_abs = if(h_Q_str >= 0, h_Q_str, 0 - h_Q_str)
-
h_Q_conv_abs = if(h_Q_conv >= 0, h_Q_conv, 0 - h_Q_conv)
-
h_str_pct = if(h_Q_str_abs + h_Q_conv_abs > 0, round(h_Q_str_abs / (h_Q_str_abs + h_Q_conv_abs) * 100, 0), 0)
-
h_txt_laag_eps = 'Laag-emissieve oppervlakken (eps < 0,1) geven minimale straling af. Dit verklaart waarom thermosflessen glanzend zijn en isolatiefolies een aluminiumlaag hebben: glimmende materialen stralen nauwelijks warmte uit. Dit is ook het werkingsprincipe van LowE-glas.'
-
F_eff = h_F_eff
De effectieve emissiviteit tussen de twee oppervlakken. -
stralingsflux = if(A1_m2 > 0, round(h_Q_str / A1_m2, 1), 0)
De stralingswarmtestroom per vierkante meter oppervlak. -
Q_straling = h_Q_str
De totale netto stralingswarmtestroom. -
Q_convectie_ref = h_Q_conv
Ter referentie: de warmteoverdracht door convectie. -
stralingsaandeel = h_str_pct
Het percentage van de totale warmteoverdracht dat via straling verloopt. -
advies_laag_eps = h_txt_laag_eps
Lage emissiviteit betekent minimale stralingsuitwisseling. -
advies_hoge_T = 'Boven 300C domineert straling boven convectie. Omdat straling meegaat met de vierde macht van de absolute temperatuur (T4), zorgt een verdubbeling van de temperatuur in Kelvin voor een factor 16 zoveel stralingswarmte. Kleine temperatuurstijgingen hebben daardoor een groot effect. Dit is altijd van toepassing, ongeacht het gekozen materiaal.'
Dit is een natuurkundig feit: de T4-afhankelijkheid maakt straling dominant boven 300C.
Berekening informatie
Meer over werktuigbouwkunde
Ontdek meer tools gerelateerd aan werktuigbouwkunde