- •4.Теплообмен излучением
- •4.1. Описание процесса
- •4.2. Определение основных понятий
- •4.3. Поглощательная, отражательная и пропускательная способность тела
- •4.4 Эффективное и результирующее излучение
- •Поток падающего излучения для непрозрачных тел как указывалось раннее
- •Закон Стефана-Больцмана
- •4.6. Угловые коэффициенты и методы их определения
- •4.7. Теплообмен обособленного тела с окружающей средой
- •4.8. Лучистый теплообмен между двумя произвольно
- •4.9. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями,
- •4 .10. Теплообмен излучением при наличии экрана
- •4.11. Лучистый теплообмен между “n”
- •4.12. Теплообмен излучением в поглощающей газовой среде
- •4.13. Лучистый теплообмен между газом и оболочкой
- •4.14. Теплообмен излучением между двумя
- •4.15. Особенности теплообмена излучением в металлургических печах
- •4.16. Радиационно-конвективный теплообмен и теплопередача
4.2. Определение основных понятий
К основным понятиям относятся: поток излучения, плотность потока излучения и интенсивность излучения.
Количество энергии излучения, переносимое в единицу времени через произвольную поверхность, называется потоком излучения Q,Вт.
Поток энергии, проходящий через единицу поверхности по всевозможным направлениям в пределах телесного полусферического угла, называется плотностью потока излучения Е, Вт/м2:
Е=dQ/dF , (1)
где dQ – лучистый поток ,испускаемый элементарной площадкой dF, Вт.
Лучистый поток со всей поверхности выражается интегралом
Q=∫EdF (2)
Если плотность потока излучения для всех элементов излучаемого тела одинакова, то зависимость (2) переходит в соотношение:
Q=EF (3)
Плотность теплового потока показывает общее кол-во тепла, излучаемое 1м2 во всех возможных направлениях. Количество тепла, излучаемое в определённом направлении, называют интенсивностью излучения. Интенсивностью излучения I называется тепловой поток излучения, отнесенный к единице телесного угла осью которого является выбранное направление, и к единице поверхности расположенной в данной точке перпендикулярно к этому направлению.
Рис. 4.2. К определению интенсивности излучения
Интенсивность излучения связана с плотностью потока Е соотношением:
I=dE/d, (3)
где - телесный угол, измеряемый в стерадианах. Поэтому размерность I -Вт/м2 стерадиан. Подставляя (2) в (3) с учетом определения интенсивности излучения получим:
I=d2Q/ddFcos φ [Вт/м2стер].
Все приведённые выше понятия используются при описании как интегрального так и спектрального излучения.
Спектральная интенсивность излучения -отношение интенсивности излучения, взятой в бесконечно малом интервале длин волн (λ , λ+ dλ), к этому интервалу:
=dI /dλ ,
где dI - интенсивность излучения, соответствующая интервалу длин волн (λ, λ+dλ)
Спектральная плотность потока излучения E – отношение плотности потока излучения взятой в бесконечно малом интервале длин волн (λ ,λ+dλ) ,к этому интервалу:
Е =dE/dλ.
Спектральный поток излучения Q – отношение потока излучения, взятого в бесконечно малом интервале длин волн (λ, λ+dλ), к этому интервалу.
Интегральные характеристики связаны со спектральными соотношениями.
I=∫I dλ, E=∫E dλ, Q=∫Q dλ.
4.3. Поглощательная, отражательная и пропускательная способность тела
Когда поток излучения из окружающей среды попадает на некоторое тело, то часть этого потока Qотр отражается от тела, часть энергии Qпогл поглощается телом и часть пропускается телом Qпроп. Согласно закону сохранения энергии:
Qпад=Qпогл+Qотр+Qпроп . ( )
Рис. 4.3. Схема распределения падающей лучистой энергии
Разделив правую и левую части уравнения ( ) на Qпад , получим:
, или А+В+С=1.
Первый член соотношения характеризует собой поглащательную способность А, второй – отражательную способность R, а третий пропускательную способность тела D. Все эти величины имеют нулевую размерность и изменяютмся в пределах от нуля до единицы.
Если А=1, то R=0 и D=0; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью поглощается телом. Такие тела называются абсолютно чёрными.
Если R=1, то A=0 и D=0; это означает, что вся подающая лучистая энергия полностью отражается. При этом, если отражение правильное (по законам геометрической оптики, т. е. угол падения равен углу отражения), то тело называется зеркальным, а если отражение диффузное - то абсолютно белым.
Если D=1, то A=0 и R=0; это означает,что вся падающая лучистая энергия полностью проходит сквозь тело. Такие тела называют прозрачными или диатермичными.
Абсолютно чёрных, белых и прозрачных тел в природе нет; в применении к реальным телам эти понятия условны. Значения А,В и D зависят от природы тела, его температуры и спектра падающего излучения. Например, воздух для тепловых лучей прозрачен, но при наличии водяных паров и углекислоты он становится полупрозрачным.
Твёрдые тела и некоторые жидкости (вода, спирт) для тепловых лучей практически непрозрачны (атермичны), т.е. D=0. В этом случае
A+R=1.
Из этого следует, что если тело плохо поглощает, то оно хорошо отражает и наоборот.
.