1.6. Тепловое излучение. Радиационно-конвективная теплоотдача.

Во всех телах, температура которых выше 0 K происходит превращение тепловой энергии в лучистую. Носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания. Тепловое излучение аналогично излучению света: поглощается, отражается и преломляется.

Длины волн теплового излучения лежат, в основном, в невидимой (инфракрасной) части спектра и имеют длину 0,8–40 мкм. Световые волны 0,4–0,8 мкм. Твердые тела обладают сплошным спектром излучения: они способны испускать волны всех длин при любой температуре. Интенсивность теплового излучения возрастает с повышением температуры тела, и при T ≥ 600 C лучистый теплообмен между твердыми телами и газами приобретает доминирующее значение.

Когда поток излучения Q_U из окружающей среды попадает на какое-либо тело (рис. 1.14), то в общем случае часть этого потока Q_R отражается от тела, часть Q_A поглощается телом и часть Q_D проходит через тело. Тогда уравнение баланса энергии в общем виде запишется так

(73)

а в долях от общей энергии излучения

Рис. 1.14. Схема тепловых потоков при излучении

Если А = 1 (R и D = 0), тогда тело полностью поглощает все падающие на него лучи, тело абсолютно черное.

Если R = 1(D и A = 0)  полное отражение лучей, тело абсолютно белое.

Если D = 1 (R и A = 0)  тело абсолютно прозрачное.

При D = 0, R + A = 1 – серые тела.

Полное количество энергии, излучаемое в единицу времени через единицу поверхности, называется излучательной способностью Е

. (74)

Для абсолютно черного тела по закону Стефана-Больцмана определяется

.

Здесь – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Для серых тел закон Стефана-Больцмана примет вид

.

Здесь С – коэффициент излучения серого тела, C =  ,  – степень черноты серого тела.

Наиболее характерный пример радиационно-конвективной теплоотдачи – перенос теплоты Q_П от стенки аппарата в окружающую среду (т.е. потеря теплоты). Для этого случая

, (75)

где Q_T и Q_U – количество теплоты, переходящее от стенки соответственно за счет теплоотдачи и теплового излучения.

Количество теплоты, передаваемое теплоотдачей в окружающую среду (воздух) с температурой Т_в, определяют по формуле

(76)

а тепловым излучением

. (77)

Здесь _т – коэффициент теплоотдачи стенки; Т_ст – температура стенки; F – площадь теплоотдачи; t – время; С_1–2 – коэффициент взаимного излучения двух тел (стена – воздух).

Умножив и разделив правую часть уравнения (77) на (Т_ст – Т_в), получим

где .

Имея в виду соотношение (75), получим

(78)

.

Здесь _п = _т + _u – общий коэффициент теплоотдачи. При вынужденной теплоотдаче _т > _u.