1-13_Lection_TOT

9

G r d H t , де F dH - поверхня труби

ІІ. Розв’язати задачу, якщо труба розташована горизонтально і порівняти резуль-

тати розрахунків.

z = (120,23-115) 0,01 70,57 = 11,589 < 2300 - pежим течії плівки – ламінарний.

Re = 3,8 z0,78 = 3,8 (11,589) 0,78 = 25,7

G r = d l t

Висновок: При горизонтальному розташуванні труби

ã â , Gг > Gв.

1

tП = tН

tПОВ

tСТ < tН

tП = tН

tПОВ

tСТ < tН

2

tП = tН

tПОВ

tСТ < tН

tП = tН

tПОВ

tСТ < tН

y

x

1

Лекція 12

Теплообмін випромінюванням

1. Основні поняття і визначення

Відмінною рисою теплового випромінювання є те, що всі тіла постійно випускають енергію випромінювання.

Випромінюванням наз. передача енергії електромагнітними коливаннями, мимовільно (спонтанно), які виникать в тілі в результаті руху електрично заряджених мікрочастинок (електрони, протони, іони). Теплове випромінювання припадає на широкий діапазон довжин хвиль, але основна частина випромінювання відбувається в діапазоні (0,3 .100 мкм).

Класифікація електромагнітного випромінювання як функція довжини хвилі

Більшість твердих і рідких тіл випромінюють енергію всіх довжин хвиль в інтервалі від 0 до , тобто мають суцільний спектр випромінювання. Гази мають селективний спектр випромінювання (випромінюють енергію тільки у визначеному інтервалі довжин хвиль). Тверді тіла випромінюють і поглинають енергію поверхнею, а гази – об’ємом.

2.Основні закони і визначення

Сумарне випромінювання, що проходить через довільну поверхню F в одиницю часу, називається потоком випромінювання Q.

2

Потік випромінювання, що проходить через одиницю поверхні, наз. поверх-

невою густиною потоку випромінювання

Густина випромінювання віднесена до одиниці довжини хвилі, наз.

інтенсивністю випромінювання

Інтенсивність випромінювання залежить від властивостей тіла, що випромінює.

Більшість твердих тіл є непрозорими у видимій і інфрачервоній області спектра.

При влученні на інші тіла енергія випромінювання частково поглинається ними,

частково відбивається і частково проходить крізь тіло Реальні тіла поглинають не всю падаючу на них енергію. Якщо густину па-

даючого потоку позначити Епад, то відношення поглиненої енергії до падаючої,

наз. коефіцієнтом поглинання А.

Відношення відбитої енергії до падаючої наз. коефіцієнтом відбиття R.

Частина променистої енергії, може пройти крізь тіло. Пропускна здатність тіла позначається Д і наз. коефіцієнтом пропускання.

де Епогл, Е від, Епроп – відповідно поглинений, відбитий і проникаючий потоки.

Для непрозорих тіл

A+R=1, тому що Д=0

Якщо тіло поглинає всі падаючі на нього промені, то наз. абсолютно чор-

ним (А=1). При дифузійному відбитті, коли відбивається промениста енергія розсіювання в усіх напрямках, то тіло наз. абсолютно білим( R=1). Якщо тіло пропускає всі падаючі на нього промені, то тіло наз. прозорим або діатермічним

3

Д=1( Тонкі шари сухого повітря, шари одноатомних газів). Тіла, у яких 0<D<1 ,

наз. напівпрозорими ( скло, кварц).

У природі абсолютно чорних і білих тіл не існує.

Види теплового випромінювання

Випромінювання, що визначається природою даного тіла і його температурою, наз. власним випромінюванням Ео . Це кількість енергіїї, що випромінюється одиницею поверхні в одиницю часу для всіх довжин хвиль від λ-

0 до λ=∞.

Однак звичайно з боку інших тіл на розглянуте тіло падає промениста енергія в кількості Епад. Частина падаючого випромінювання в кількості А Епад,

поглинається тілом. Інше в кількості (1-А) Епад відбивається.

випромінювання тіла.

Ефективне випромінювання – фактичне випромінювання тіла.

Е еф = Ес+Е від= Ео+RЕпад

Променистий теплообмін між тілами визначається потоком результуючого випромінювання, яке являє собою різницю між променистим потоком, який отримує тіло, і променистим потоком, яке воно посилає в оточуюче середовище.

Ерез = Ео -Епогл

Для АЧТ Ееф =Ео.

Ефективне випромінювання залежить не тільки від фізичних властивостей і температури даного тіла, але і від фізичних властивостей, температури і спектра

5

Більшість реальних твердих тіл з визначеним ступенем точності можна вважати сірими тілами, а їх випромінювання -сірим випромінюванням. Значення ε важли-

вих матеріалів наведені в таблицях.

Енергія випромінювання сірого тіла дорівнює

ється природою тіла, його станом. C<Co, C>0.

Закон Кірхгофа

1.При термодинамічній рівновазі відношення випромінювальної здатності до поглинаючої для всіх тіл однаково і дорівнює випромінюючій

здатності абсолютно чорного тіла при тій же температурі

Враховуючи, що енергію випромінювання кожного тіла Е можна представи-

ти через ступінь чорноти

1 A1 ; 2 A2

2.При термодинамічній рівновазі поглинаюча здатність і ступінь чорноти тіла чисельно рівні між собою.

Наслідок:

1.Випромінююча здатність реальних тіл завжди менше випромінюючої здатності АЧТ при тій же температурі; при будь-якій температурі випромінювання АЧТ завжди максимальне.

2. Випромінююча здатність тіл тим більше, чим більше їх поглинаюча здатність. Випромінююча здатність АБТ дорівнює нулю.

6

Закон Планка

Закон зміни спектрального випромінювання або розподіл енергії випромі-

нювання від довжини хвилі для АЧТ описується законом Планка

С1= 3.74 10-16 Вт/м2; С2= 1.67 10-2 м К – постійні. T – температура тіла, яке випромінює.

4. Теплообмін випромінюванням між твердими тілами розділеними прозорим

середовищем

Розглянемо випадок теплообміну випромінюванням між двома паралельни-

ми пластинами (сірими тілами) розділеними прозорим середовищем. Площі поверхні пластин досить великі в порівнянні з відстанню між ними. Температури пластин T1 і T2 , причому T1>T2, коефіцієнти поглинання А1 і А2, власна випромінююча здатність Е 1 і Е2.

Перша пластина випромінює на другу променисту енергію. Друга пластина частину цієї енергії поглинає, а частину відбиває назад на першу, де знову перша пластина частину поглинає і частину випромінює назад на другу і т.д.

Сумарний променистий потік першої пластини, що складається з власного випромінювання Е1 і відбитого випромінювання другої пластини (1-А1) Е2еф зна-

ходимо з рівняння

Е1еф =Е1 +(1-А1)Е2еф Аналогічно сумарне випромінювання другої пластини

7

Е2еф =Е2 +(1-А 2 )Е 1еф Променистий тепловий потік, який одержує 2-га пластина

q= Е1еф -Е2еф

У результаті розв’язку 3-х останніх рівнянь одержуємо

Таким чином, для зниження променистих теплових потоків необхідно:

знижувати ступінь чорноти поверхні ( полірувати і наносити дзеркальне покрит-

тя).

5.Теплообмін між тілами з екраном

Урізних областях техніки досить часто зустрічаються випадки, коли потрібно знизити передачу теплоти випромінюванням. Наприклад, потрібно відгородити робітників від дії теплових променів у цехах, де маються поверхні з високими температурами. В інших випадках необхідно відгородити дерев'яні час-