Теплообмен излучением между телами

При определении количества тепла, переданного излучением между телами необходимо учитывать их коэффициенты теплового излучения, температуры, размеры, формы, взаимное расположение и расстояние между ними.

Возьмем две серые пластины, размеры которых значительно превышают расстояние между ними. Установив их параллельно, исследуем лучистый теплообмен между двумя пластинами, разделенными прозрачной средой. Тепловой поток в данном случае определяется следующим уравнением:

(7.6)

где F – площадь теплообменной поверхности.

Рис. 7.2. Схема лучистого теплообмена между двумя телами

Приведенный коэффициент излучения системы тел:

(7.7)

где - коэффициенты теплового излучения первой и второй пластин.

Таким образом, приведенный коэффициент излучения системы тел может принимать значения ε_пр=0÷1, оставаясь всегда меньше ε₁ и ε₂. В соответствии с формулой (7.6) полный тепловой поток, передаваемый излучением от горячего тела к более холодному, пропорционален поверхности тел, приведенному коэффициенту теплового излучения системы и разности четвертых степеней абсолютных температур тел.

Контрольные задания

Задача 1. Определить собственную излучательную способность стенки летательного аппарата с коэффициентом излучения С, если температура излучательной поверхности стенки t_ст. Найти коэффициент теплового излучения стенки и длину волны, отвечающую максимуму интенсивности излучения.

Таблица 7.1

Вариант	1	2	3	4	5	6
С, Вт/(м2∙K4)	4,53	4,63	4,73	4,83	4,43	4,33
tст, °С	1027	927	827	727	1127	1227

Задача 2. Определить плотность теплового потока, передаваемого излучением, от стальной окисленной стенки с температурой t₁ на параллельную стальную листовую стенку с температурой t₂ =50 °C. Вычислить излучательную способность стальной окисленной стенки.

Таблица 7.2

Вариант	1	2	3	4	5	6
t1, °С	200	250	300	350	400	450

Вопросы

1. Лучистый теплообмен. Зависимость длины волны от частоты колебаний.

2. Абсолютно белое, абсолютно черное, абсолютно прозрачное тело.

3. Влияние цвета тела на поглощение и отражение тепловых лучей.

4. Закон Кирхгофа. Закон Планка. Закон Вина.

5. Закон Стефана-Больцмана.

6. Лучистый теплообмен между параллельными пластинами.

Экспериментальная часть Описание установки

Основными элементами установки являются модель абсолютно черного тела 1, промежуточная камера 2 и приемник излучения 3 (рис. 7.3). Нагрев модели черного тела осуществляется с помощью нихромового нагревателя 4. Количество электрической энергии, подведенной к нагревателю, измеряется вольтметром 5, амперметром 6 и регулируется автотрансформатором 7.

Температура донышка черного тела измеряется хромель-алюмелевой термопарой 8. ЭДС, развиваемая термопарой, регистрируется гальванометром 9, по которой определяется разность температур между моделью абсолютно черного тела и окружающей средой. Потоки теплового излучения, исходящие от модели горячего черного тела, проходят через промежуточную камеру с диафрагмами и попадают на линзу 10, которая фокусирует их на термоприемник. Термоприемник состоит из десяти хромель-капелевых термопар, соединенных последовательно. ЭДС, развиваемая термоприемником, регистрируется потенциометром 11.

Рис. 7.3. Схема экспериментальной установки