22.Нагрев тел при передаче тепла излучением от среды с постоянной температурой

Задание температуры окружающей среды и условий теплообмена излучением между средой и поверхностью в функции времени и координат называют нелинейными граничными условиями 3-го рода.

.Нагрев протекает аналогично предыдущему.

Уравнение Фурье:

Начальные условия: τ = 0; T = T_н.

Граничные условия: x= ± S; . Приведя уравнение и краевые условия к безразмерному виду, получим следующую зависимость для безразмерной температуры:

(3.17)

Зависимость (3.17) включает пять величин, поэтому ее нельзя представить в виде графиков даже для конкретных значений координаты (x/s). В связи со сложностью расчета нелинейное граничное условие заменяют линейным, вводя коэффициент теплоотдачи, излучением , что позволяет использовать графики Будрина и Красовского.

19.Основные понятия и законы передачи тепла излучением

Все тела, имеющие температуру, отличную от абсолютного нуля, излучают энергию в результате квантовых переходов атомов и молекул вещества. Для непрерывного излучения необходим приток энергии либо извне, либо в результате ядерных реакций (распадов) – Солнце. Так как характер перехода атомов и молекул из одного состояния в другое различен, излучение испускается с различными длинами волн. Температурное или тепловое излучение является одним из видов электромагнитных колебаний с длиной волн от 0.4 до 40 мкм. Этот диапазон включает видимые лучи (свет) от 0.4 до 0.8 мкм и часть инфракрасного спектра от 0.8 до 40 мкм. Скорость распространения теплового излучения в вакууме равна скорости света, составляет 299.8 · 10⁶ м/с и подчиняется тем же законам, что и распространение света.

Для непрозрачных твердых тел в излучении участвует лишь тонкий поверхностный слой:

• у металлов – 0.0005 мм,

• у диэлектриков – не более десятых долей миллиметра.

Для прозрачных тел, таких как стекло, некоторые жидкости и газы, излучение является объемным.

Интенсивность теплоотдачи теплопроводностью и конвекцией существенно не зависит от температурного уровня, а определяется разностью температур. Теплоотдача излучением уже при температуре. близкой к 20^оС, примерно равна теплоотдаче свободной конвекцией. При более высоких температурах ( ≥ 500^оС) теплоотдача излучением обычно играет главенствующую роль.

Суммарное излучение, испускаемое телом по всему спектру от λ = 0 до λ = ∞, называется интегральным. Излучение в бесконечно малом интервале длин волн от λ до λ + ∆λ , называется монохроматическим, а все характеристики излучения – спектральными.

Мощность излучения Q, проходящего через какую-либо поверхность, называют лучистым потоком. Мощность излучения, отнесенная к единице поверхности излучателя, называют плотностью излучения

, Вт/м².

Если на тело падает лучистый поток Q_пад, то в общем случае часть его поглощается Q_погл , часть отражается Q_отр , а часть пропускается сквозь тело Q_проп.

Q_пад= Q_погл+ Q_отр+ Q_проп ,

или ,

где А – поглощательная, R – отражательная, D – пропускательная способности тела.

Если А = 1 (R = D = 0) имеем абсолютно черное тело, оно полностью поглощает падающее на него излучение. В природе абсолютно черных тел не существует. Модель абсолютно черного тела приведена на рис. 3.11 (отверстие в замкнутой полости с диффузноотражающими стенками).