Глава 9 Лучистый теплообмен § 9.1. Основные понятия и определения

Основные понятия, определения и закономерности лучистого теплообмена вводятся без использования дискретных микроскопических характеристик процесса. Лучистый теплообмен иначе называют тепловым излучением.

Лучистой энергией называют энергию колебаний электромагнитного поля в интервале длин волн от 0,8 мкм до 40 мкм (тепловой диапазон излучения или инфракрасный, ИК-излучение).

Лучеиспускание - процесс превращения внутренней энергии тела в лучистую энергию. Энергия выходит через поверхность тела в окружающую среду. Лучеиспускание зависит от температуры и физических свойств тела.

Перенос лучистой энергии - процесс распространения лучистой энергии в пространстве. Характер переноса лучистой энергии зависит от физических свойств среды и спектрального состава излучения. Энергия может частично поглотиться, отразиться и частично пройти сквозь тело.

Поглощение - процесс превращения во внутреннюю энергию части лучистой энергии, попавшей на тело.

При отражении лучистой энергии возможны два варианта:

1) диффузное отражение - отраженная энергия распространяется равномерно по всем направлениям в пределах полусферы;

2) зеркальное отражение - осуществляется по законам оптики.

Лучистый теплообмен - совокупность процессов испускания, переноса, поглощения, отражения и пропускания лучистой энергии в системе нескольких тел при наличии среды или в вакууме.

Интегральный лучистый поток - количество энергии, испускаемой во всем диапазоне 0 <  <  и проходящей через поверхность F.

E [Вт/м²] - интегральная плоскость полусферического излучения - интегральный поток лучистой энергии, проходящей через единицу поверхности F во всех направлениях полусферического телесного угла.

Рис.9.1.

, ;

[Вт/м³] - спектральная или монохроматическая плотность полусферического излучения (для излучения с длиной волны ).

E_ - угловая плотность полусферического излучения в направлении , составляющим с нормалью к поверхности угол  (рис.9.1).

Лучистые потоки тепловой энергии при переносе (рис.9.2):

Е_пад - энергия, падающая на облучаемое тело;

Е_погл - энергия поглощенная телом;

Е_отр - энергия, проходящая без поглощения через тело;

Е_прох - энергия, проходящая без поглощения через тело;

Е_соб - собственная энергия, излучаемая телом и определяемая его температурой;

Е_рез - результирующий поток энергии, равный разности между приходом и расходом лучистой энергии;

Е

Рис.9.2.

_эфф - эффективный поток энергии.

Коэффициенты: поглощения - ; отражения - ; пропускания - : , - лишь при одной длине  ().

Абсолютно черное тело - тело, у которого A = 1, R = 0, D = 0.

Серое тело - непрозрачное тело, коэффициент поглощения или отражения которого находится между 0 и 1 и не зависит ни от направления, ни от спектрального состава.

Прозрачным (диатермичным) телом называется тело, у которого D = 1, а остальные коэффициенты равны 0.

Белое тело - диффузно отражает все падающее излучение, ничего не поглощая и не пропуская (R = 1; A = 0; D = 0).