книги из ГПНТБ / Брюханов О.Н. Вопросы теплофизики при беспламенном сжигании газа

ми данными критической тепловой нагрузки при проскоке пла­ мени смеси природного газа с воздухом при а = 1 , 0 5 (§ 3—5). Для этой константы получили следующее значение

^I 0 1 n l T ^ = 2 9 W - J '

где Гщах зависит от а.

Трансцендентное уравнение (3,89) решаем графическим ме­ тодом для каждого а.

122

Раздел второй

ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЕРФОРИРОВАННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ОГНЕВЫХ НАСАДОК

ГЛАВА IV. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

§ 4—1. Основные понятия и законы излучения абсолютно черного тела

125

На рисунке 4—1 качественно представ­ лено излучение элементарной площадки dF по всем направлениям в пределах полу­ сферы. В направлении OB площадка dF излучает количество энергии, отличное от направления OA.

Удельным лучистым потоком или плот­ ностью (поверхностной) излучения, или лу­

сти в единицу времени в пределах единицы телесного угла ори­ ентированного по нормали к поверхности.

Если телесный угол dw, в пределах которого излучается энергия, ориентирован по отношению к нормали под углом а, то вводится понятие лучеиспускательной способности в данном направлении Еа (рис. 4—2). Соотношение между Еа и Еп уста­ навливается законом Ламберта (закон косинусов)

126

Рис. 4—3. Полярные диаграммы, яркости (а) и угловой плотности (б) абсо­ лютно черной поверхности

ризующие особенности излучения абсолютно черного тела. Ри­ сунок 4—3, а показывает, что яркость интегрального излуче­ ния абсолютно черного тела одинакова по всем направлениям.

На рисунке 4—3, б дается зависимость яркости или угловой плотности излучения абсолютно черного тела от направления, о. Как видно из рисунка 4—3, б угловая плотность излучения до­ стигает максимальной величины в нормальном направлении к площадке dF и становится равной нулю при отклонении на­ правления излучения от нормального на 90°.

Выражение закона Ламберта формулой (4,3) не является окончательным.

127

Закон Ламберта для абсолютно черной площадки в пределах телесного угла dco (рис. 4—4) имеет вид

Рис. 4—5. Излучение элементарных произвольно расположенных в прост­ ранстве площадок dFi и dFz друг на друга

128

чения в соответствующих направлениях всех площадок dF со­ ставляющих площадь тела, а затем провести интегрирование в пределах заданного телесного угла.

Величина лучистого потока внутри телесного угла, проходя­ щая через площадку dF, деленная на dF и dw, представляет собой интенсивность излучения через площадку.

Энергия, падающая на тело, частично им поглощается, час­ тично отражается и (в общем случае) частично может пройти сквозь^него (рис. 4—6).

Отношение поглощенной энергии к падающей энергии назы­ вается коэффициентом поглощения А.

Если обозначить через Е0 количество лучистой энергии, па­ дающей на тело в единицу времени

где A, R, D — безразмерные величины, характеризующие поглощательную, отражательную и пропускательную способности тела.

Если А = 1, то R = 0, D = 0, т. е. вся падающая на тело энер­ гия поглощается им. Такое тело называется абсолютно черным.

Если R=l, то Л = 0, D=0, т. е. вся падающая на тело энер­ гия отражается по законам геометрической оптики, то такие тела называются зеркальными.

Значения A, R, D зависят от природы тела, его температуры, длины волны излучения.

Например, сухой воздух прозрачен для инфракрасного излу­ чения, при наличии же в нем водяного пара становится полу­ прозрачным.

Большая часть твердых и жидких тел для инфракрасных лу­ чей непрозрачна, т. е. D = 0 или A-\-R=l. Из этого следует, что если тело хорошо поглощает лучистую энергию, то оно плохо от­ ражает и наоборот.

Наибольшей поглощательной способностью обладают абсо­ лютно черные тела. Достаточно хорошей моделью абсолютно черного тела является полый шар с малым отверстием в стен­ ке, предложенный русским физиком В. А. Михельсоном. Если направить поток энергии через отверстие этого шара, то после многократных отражений потока от внутренних стенок энергия полностью поглощается шаром.

Абсолютно черное тело излучает энергию всех длин волн и притом максимально возможное количество ее при фиксиро­ ванной температуре источника.

Спектральной интенсивностью 1% вт/м2 мк или ккал/м2 • час мк называют отношение плотности излучения в данном направле­ нии, отнесенное к рассматриваемому интервалу длин волн:

На рисунке 4—7 показано качественное распределение ин­ тенсивности излучения по спектру. Площадь, ограниченная кри-

130

hdl. (4,14)

Исходя из предположения о дискретном характере испускания энергии, Макс Планк в 1900 г. теоретически установил закон распределения энергии по длинам волн во всей области спектра теплового излучения абсолютно черного тела [83]

рейти к понятию спектральной плотности излучения, которая также может быть выражена для абсолютно черного тела фор­ мулой Планка

131