1.6.Лучистый теплообмен

1.6.1. Основные понятия и определения

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения внутренней энергии излучающего тела электромагнитными колебаниями и фотонами. Любые тела, температура которых выше абсолютного нуля, излучают электромагнитные колебания. Генераторами электромагнитных волн являются заряженные материальные частицы- электроны и ионы, входящие в состав вещества. Помимо волновых свойств излучение обладает корпускулярными свойствами, т.е. лучистая энергия испускается и поглощается веществами не непрерывно, а дискретными порциями- фотонами.

Особенностью теплового излучения является то, что такой теплообмен не требует непосредственного контакта тел. Излучение энергии сводится к преобразованию внутренней энергии тела в лучистую энергию электромагнитных колебаний.

Интенсивность теплового излучения зависит от материала и температуры тела, длины волны, состояния поверхности, а для газов - еще и от толщины слоя и давления. С возрастанием температуры энергия излучения увеличивается, т.к. увеличивается внутренняя энергия тела. При высоких температурах основным видом переноса теплоты может оказаться тепловое излучение, т.к. интенсивность излучения зависит от температуры значительно сильнее, чем конвекция и теплопроводность.

Носителями тепловой лучистой энергии являются волны инфракрасной частоты спектра излучения с длиной волны 0,4· до 0,8 мм.

1.6.2. Лучеиспускательная способность тела

Тепловое излучение количественно характеризуется полным потоком и плотностью потока.

Суммарная энергия, излучаемая с поверхности тела во всем интервале длин волн спектра в единицу времени, называется интегральным или полным потоком излучения, Вт.

, (1.70)

где: Е - энергия, излучаемая с единицы поверхности тела в единицу времени по всем направлениям полусферического пространства, .

Величина Е зависит только от температуры и физических свойств тела и называется собственным излучением или излучательной способностью тела. Эта величина является плотностью потока интегрального излучения.

Отношение плотности интегрального лучистого потока, испускаемого в бесконечном интервале длин волн, к величине этого интервала называется спектральной плотностью потока излучения, Вт/м²

. (1.71)

В общем случае каждое тело может излучать, отправлять, поглощать и пропускать через себя поток лучистой энергии, что зависит от природы тела, состояния поверхности, температуры и т.д.

Q - падающее излучение;

- поток поглощающего излучения;

- поток отражающего излучения;

- поток пропускающего излучения,

где A, R, D - коэффициенты; А - поглощающая способность тела; R - отражающая способность тела; D - пропускная способность тела.

, (1.72)

откуда A+D+R=1.

Если А=1, то R=0 и D=0- абсолютно черное.

Если R=1, то А=0 и D=0- абсолютно белое.

Если D=1, то А=0 и R=0- абсолютно прозрачное.

Абсолютно черных, белых и прозрачных тел в природе нет. Применительно к реальным телам эти понятия условны. Значения A, R, D зависят от природы тела, его температуры и спектра данного излучения.