8. Основные понятия и законы теплообмена излучением.

Происходит при помощи электромагнитных волн, распределение которых возможно даже в вакууме. Излучение свойственно любому телу при условии, что его t-ра отличается от абсолютного 0. Чем выше t-ра тела, тем больше его тепловое излучение. Суммарное излучение, испускаемое телом по всему спектру длин волн, наз. интегральным. Излучение, испускаемое при определённой длине волн, наз. монохроматическим. Тело поглощающее всё падующее на него излучения, наз. абсолютно чёрным, которое отражает все излучения – абсолютно белым телом. Для реальных тел характерно частичное поглощение и отражение энергии. Такие тела наз. серыми.

ЗАКОНЫ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ.

Закон Планка. Интенсивность монохроматического излучения зависит от температуры и длины волны. . ,

- универсальная постоянная Планка, – скорость света, k – постоянная Больцмана.

Закон Стефана-Больцмана. Для реальных процессов чаще всего определяют полное излучение, т.е. суммарное при всех длин волн. В этом случае тепловой поток определяется по формуле , =5,67 Вт/(м² К⁴). Поскольку излучение серого тела по интенсивности составляет некоторую долю излучения абсолютно чёрного тела используют степень черноты. Степень черноты – это отклонение излучательной способности серого тела к излучательной способности абсолютно чёрного тела. С учётом этого з-н Стефана-Больцмана для серого тела записывают

Закон Кирхгофа. Связь между излучательной и поглощательной способностью опр. з-ном Кирхгофа. , отсюда следует . поглощательная способность (А) численно равна степени черноты тела, т.е. степень черноты хар-т как излучительную, так и поглощательную способность. Если =0,7, это означает, что такое тело излучает энергии на 30% меньше, чем чёрное и поглощает 70% падающей на него энергии.

Закон Ланберга. Применяется для определения кол-ва теплоты, излучаемое под тем или иным углом к излучающей поверхности.

– тепл. излучение во всех направлениях площадки; – тепловой поток по нормали; – тепл. поток под углом к нормали; – угол между направлением луча и нормалью

Закон квадратных расстояний. Плотность лучистого потока зависит от расстояния от источника к тепловоспринимающей поверхности и опр. по з-ну квадратных расстояний . q₁ – плотность тепл. потока на расстоянии 1 метр от источника.

9. Излучение реальных тел. Угловые коэффициенты излучения.

Излучение реальных тел отличается от излучения абсолютно черного тела, как по спектральному составу – виду функции /

Для характеристики излучения реальных тел введено понятие спектральной степени черноты , которая характеризует соотношение между спектральной плотностью потоков собственного излучения реального тела и абсолютно черного тела :

Коэффициент изменяется в пределах от 0 до 1 и для каждой длины волны λ характеризует долю, которую данного тела составляет от абсолютно черного тела при одной и той же температуре.

Спектральная степень черноты реального непрозрачного тела зависит от длины волны, природы тела, состояния его поверхности и температуры.

Для решения задач о том, сколько энергии излучаемой источником, попадает на поверхность используют угловой коэффициент. Он показывает, какая часть полусферического, лучистого потока с одной поверхности попадает на другую произвольно расположенную поверхность

– тепловой поток попадающий с поверхности 1 на поверхность 2

– тепловой поток , излучаемый поверхностью 1 в полусферу

– площади поверхностей

– расстояние между поверхностями

– углы между направлением потока и нормалью плоскости

Свойства угловых коэффициентов.

1.Свойство замыкаемости. Сумма угловых коэф. для замкнутой системы равна 1

2.Свойство невогнутости. Плоские и выпуклые тела не могут излучать сами на себя и их угловой коэф. = 0.

3.Свойство взаимности. Если в теплообмене участвует две поверхности F₁ и F₂, то выполняется условие

Значение угловых коэф. для типичных случаев

1.Две большие расположенные близко друг к другу плоскости (поверхности). Используется свойство замыкаемости , . Для плоских тел на основании свойства невогнутости

И тогда получим

2.Две концентрические шаровые поверхности, или два одноосных длинных цилиндра. По правилу замыкаемости ,

По правилу взаимности

И тогда угловой коэф. определяется следующим образом