5.Закон Кирхгофа. Взаимное излучение твердых тел.

Закон Кирхгофа.

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела  . С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону  , именуемым излучательной способностью тела.

Величины   и   могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него  .

Реальные тела имеют поглощательную способность меньше единицы, а значит, и меньшую чем у абсолютно чёрного тела излучательную способность. Тела, поглощательная способность которых не зависит от частоты, называются серыми. Их спектр имеет такой же вид, как и у абсолютно чёрного тела. В общем же случае поглощательная способность тел зависит от частоты и температуры, и их спектр может существенно отличаться от спектра абсолютно чёрного тела.

Взаимное излучение твердых тел.

Наиболее важным в технике является тепловое излучение, происхо­дящее между двумя непроницаемыми для тепловых лучей телами, отде­ленными друг от друга вполне проницаемой средой.Полное количество энергии, излучаемое в единицу времени едини­цей поверхности нагретого тела, имеющего температуру К, в окружаю­щую среду с температурой абсолютного нуля, называется лучеиспу­скательной способностью тела при данной температуре. В технике лучеиспускательную способность обозначают буквой Е и вы­ражают в ккал/м2-час. Если лучи падают на какое-либо тело, то в общем случае они, в за­висимости от свойств тела и его поверхности, разделяются на три части: одна часть лучей с количеством энергии R отражается, другая часть с количеством энергии А поглощается, т. е. превращается в тепловую энергию, и третья часть с количеством энергии D проходит сквозь тело, не претерпевая никаких изменений. При одной и той же температуре какое-либо тело испускает (или поглощает; тем больше лучистой энергии, чем «чернее» его поверхность. Чернота поверхности может быть измерена путем определения той ча­сти падающих на поверхность световых и тепловых лучей, которая по­глощается этой поверхностью, и той части лучей, которая отражается от нее. Тело, совершенно не обладающее поглощающей способностью и от­ражающее все падающие на него лучи, называют зеркальным или абсолютно белым. Тело, которое поглощает только часть энергии луча с любой дли­ной волны, принято называть серым телом.

6.Лучеиспускание газов. Передача тепла конвекцией.

Передача тепла конвекцией

Перенос тепла конвекцией связан с механическим переносом теплоты и сильно зависит от гидродинамических условий течения жидкости, и одновременно от физических свойств теплоносителя. При турбулентном движении среды в ядре потока температура выравнивается (за счет турбулентных пульсаций) и принимает некоторое среднее значение t. По мере приближения к стенке интенсивность теплоотдачи падает. Это объясняется тем, что вблизи стенки образуется тепловой пограничный слой (см. рисунок 4.7). В этом слое влияние турбулентных пульсаций на перенос теплоты пренебрежимо мало.

Величины а и а_т являются коэффициентами температуропроводности в тепловом подслое и в ядре турбулентного слоя соответственно. Аналогично обозначаются и другие коэффициенты: коэффициент кинематической

вязкости v, коэффициент теплопроводности λ_Т.

Если за пределами теплового пограничного слоя преобладающее влияние на теплообмен оказывает турбулентный перенос, то в самом слое, по мере приближения к стенке все большее значение приобретает теплопроводность, в тепловом подслое (по нормали к стенке) теплообмен осуществляется только теплопроводностью.

Плотность турбулентного теплообмена определяется в виде

где λ_Т - коэффициент турбулентной теплопроводности или просто турбулентная теплопроводность. Здесь величина λ_Т >> 1

Рисунок 4.7 - Структура теплового и гидродинамического пограничных слоев

Интенсивность переноса тепла в ядре потока определяется коэффициентом температуропроводности.

Величина a_Т уменьшается по мере приближения к стенке, а на самой стенке обращается в 0.

Со сложным механизмом конвективного теплообмена связаны трудности расчета процессов теплоотдачи. Поэтому для удобства расчета теплоотдачи в основу кладут простое уравнение:

dQ = a F(t_cm -t_ж) (Вт/м^2∙град) (4.25)

Применительно к поверхности всего аппарата и в единицу времени уравнение (4.25) примет вид

где а - коэффициент теплоотдачи, зависящий от многих факторов:а=f(W,C_P,λ,V,β,d,L, ).

Лишь путем обобщения опытных данных с помощью теории подобия можно получить обобщенные уравнения для типовых случаев теплоотдачи.

Лучеиспускание газов.

При температурах, которые обычно встречаются в промышленных топках, практически заметной интенсивностью лучеиспускания обладают только несветящиеся газы — двуокись углерода С02 и водяной пар Н2О '.Лучеиспускание остальных газов является столь незначительным, что их не следует учитывать.Поэтому интенсивным лучеиспусканием обладает и тонкий слой двуокиси углерода при высоких температурах.Водяной пар, таким образом, обладает более интенсивным лучеиспусканием, но только при более толстом слое. Теплообмен лучеиспусканием между твердой поверхностью и газом, занимающим объем произвольной формы, в значительной мере зависит от формы газового объема.Тепло может передаваться от более нагретого теплоносителя к более холодному тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием.