10.1. Негізгі түсініктер мен есеп-қисап формулалар.

Сәулеленуі бар жылуалмасу- дененің ішкі энергиясының электромагнитті толқындар(немесе фотондар) энергиясына айналуы мен соңында өзге денелердің ішкі энергиясына анйналатын, жылу беру.

Инженерлік есеп-қисаптарда, мөлдір(диатермиялық) ортамен бөлінген, денелер арасындағы сәулеленуі бар жылуалмасу, сәулеленуі бар беттер-сұр және оның сәулеленуі-изотермиялық аймақтар беттерінде диффузиялық тұрақты тығыздығы жағдайымен өтеді.

Сұр дене деп оның жылулық сәулеленуі бар спектриалды коэффициент температурадан тәуелсіз және шексіздіктен нөлге дейінгі барлық диапазонда толқын ұзындығы тұрақты болып қалатын, үздіксіз сәулелену спектрі бар, сол температурадағы абсолютті қара денеге толығымен ұқсас денені айтамыз. Диффузиондық сәулелену бағыттан тәуелсіз интансивтілікті сипаттайды.

Сұр дененің жылулық сәулеленудің есеп қисаптары кезінде, дененің өзіндік сәулелену Е мен шағылысқан сәулеленудің жиынтығы, эффективті сәулелену түсініктері қолданылады.

Абсалютті температурасы бар Т, К, дененің өзіндік сәулеленуі бар ағын тығыздығы, Вт/м²,

; (209)

мұндағы — жылулық сәулеленудің интегралдық коэффициенті— реалды денеЕ мен абсолютті қара дене E₀ сәулеленуі бар ағын тығыздықтары қатынасын немесе реалды дене с мен акбсолютті қара дене сәулеленуі бар денелер қатынасы. Ендеше реалды дене үшін

. (210)

с шамасы 0 ден 5,67 дейін, ал шамасы 0 ден 1 дейін өзгереді. -нің температурадан тәуелділігін ескере отырып, оны қосымшадағы 16-кестеден анықтауға болады.

және температуралары бар, екі дене арасындағы, сәулеленуі бар жылулық ағын , келесі формула бойынша анықталады:

, (211)

мұндағы — екі дене арсындағы келтірілген жылулық сәулелену коэффициент; — екі дене жүйе арасындағы келтірілген сәулеөткізгіш коэффициенті; — температурасы дене бетінің ауданы; - температурасы денелердің орташа бұрыштық сәулеөткізгіш коэффициенті.

Орташа бұрыштық сәулеөткізгіш коэффициенті (сәулелену коэффициенті) өлшемсіз сан, ол:

мұндағы - бірінші дененің жылулық ағыны; - бірінші денеден, екінші ағынға жететін жылулық ағыны

Сәулеленетін ағындар диффузионды деп есептеледі, ал шағын шамалары сәйкес беттер бойынша өзгермейді.

Бұрыштық коэффициент арсындағы байланыс қасиеті:

, (212) мұндағы , — бірінші және екінші денелердің орташа бұрыштық сәулелену коэффициенті; , — бірінші және екінші денелердің беттік ауданы.

Бұрыштық сәулелену коэффициенттері геометриялық параметрлерден және кеңістікте екі дененің орналасу әдісі тәуелділігінен анықталады:

1) бірдей диаметрлері d (15-сурет) бар және жалпы нормальда центрі бар екі паралельді дискілер:

, (213)

мұндағы h — дискілер арсындағы ара-қашықтық;

2) ) әртүрлі диаметрлері бар және жалпы нормальда центрі бар екі паралельді дискілер:

;

; (214)

3) бірдей ендегі екі паралеьді пластиналар (10.2-сурет):

, (215) мұндағы h — пластиналар арсындағы ара-қашықтық;

4) сыртқы диаметрі d және қадамы s құбырлар жанында орналасқан қабырға (рис. 10.3):

; (216) —құбырдың 1 м ұзындығына келетін сәуленудің бұрыштық коэффициентінің тәуелділік шарты.

Екі дене жүйесінің жылулық сәулеленуінің келтірілген коэффициенті бірінші жылулық сәулелену коэффициенті мен екінші жылулық сәулену коэффициентінің келесі түрде орналасуы бойынша анықталады:

1) кеңістікте екі дененің өз еркінше орналасу (жалпы жағдай):

; (217)

2) бұрыштық коэффициенті тең, және үлкен өлшемдегі паралель беттермен орналасуы жағдайында (217) формула келесі түрді қабылдайды:

; (218)

3) беттік ауданы дене беттік ауданы дене ішінде орналасқан. Бұрыштық коэффициенті , тең. (212) формуланы ескере отырып, (217) формула келесі түрді қабылдайды.

. (219)

кезінде тең, онда ;

4) үлкен өлшемдегі паралель беттері бар екі дене арасындағы n жазық экрандардың болуы жағдайында

, (220)

Мұндағы — 1-ші экранның жылулық сәулелену коэффициенті;

5) денелер арасында орналасқан n цилиндрлік экрандарының және сыртқы қабықшасының болуы:

, (221)

мұндағы , , — сәйкесінше сыртқы қабықшамен і-ші экранның жылулық сәулелену коэффициенті; , , — сәйкесінше сыртқы қабықшамен і-ші экранның беттік ауданы.

Вин заңы:

, (222)

мұндағы Т — дене температурасы, К; — сәулеленудің максималды спектрлік интенсивтілігіне сәйкес келетін, толқын ұзындығы, м.

Кирхгоф заңы:

, (223)

мұндағы E, — жылулық теңсіздігі шартындағы, реалды өзіндік сәулеленуі бар ағын тығыздығы мен абсалютті қара дене; А — реалды дененің жұту коэффициенті.

Интегралды сипаттағы жылулық теңсіздік шарттағы сұр денелер үшін .

Эффективті және нәтижелік денелер сәулеленуі келесі қатынастар бойынша анықталады:

; (224)

, (225)

мұндағы Е — дененің өзіндік сәулеленуі; R , А — дененің шағылу және жұтылу коэффициенті; —дененің жылулық сәулеленуіне құлайтын тығыздықтар.

Температуралары және екі дене арасындағы сәулелі-конвективті жылуалмасу:

1) жылулық ағын , Вт, және оның тығыздығы , Вт/м²,

; (226)

, (227)

немесе

, (228)

мұндағы — сәулелі жылуалмасуды ескеруінсіз анықталатын, конвективті жылуалмасу коэффициенті. ( ортаның еркін немесе мәжбүрлеуші қозғалысы үшін арналған формулалар бойынша есептеледі) ; — сәулелелі – конвективті жылуалмасу коэффициенті ;

2) сәлеленуі бар жылуалмасудың шартты коэффициенті, ,

.