
Излучение газов
Газы излучают и поглощают энергию излучения. Они не способны ее отражать и рассеивать. В результате столкновений молекул газа может изменяться энергия вращательного движения молекул, колебательного движения атомов (вибрация атомов в молекуле), происходить изменение орбит электронов и т. д. Изменение энергии сопровождается лучеиспусканием квантов энергии. В интервале температур до 2800К излучение связано с изменением энергии вращательного движения молекул и лежит в диапазоне длин волн 1÷30 мкм, то есть в невидимой (инфракрасной) части спектра. При увеличении изменения энергии молекулы излучение становится более интенсивным и смещается в область более коротких длин волн. При температуре 6000К начинается изменение орбит электронов, и излучение смещается в видимую область.
Одно – и двухатомные газы (гелий, инертные газы, водород, азот, кислород и др.) практически прозрачны для излучения и не излучают тепловую энергию (до 3000К). Трехатомные газы, например СО2 и Н2О, обладают заметным излучением.
Излучение газов носит объёмный характер, так как в нем участвуют все частицы газа. Газы имеют линейчатый спектр излучения. Поглощение и излучение электромагнитных волн происходит только в определенных интервалах длин волн. В остальной части спектра они прозрачны. Полное излучение газа слагается из излучения всех его полос.
С увеличением температуры начинаются процессы ионизации и рекомбинации атомов и молекул. В результате интенсивность излучения увеличивается и отдельные полосы излучения начинают сливаться в сплошные участки.
При практических
расчетах пользуются интегральной
степенью черноты излучающего объёма
газа
.
Плотность потока излучения может быть
подсчитана по уравнению Стефана-Больцмана
-
.
Энергия излучения
и поглощения зависит от толщины газового
слоя и концентрации излучающих молекул.
Концентрация молекул оценивается
парциальным давлением газа р.
Так как толщина газового слоя и парциальное
давление газа в одинаковой мере влияют
на количество участвующих в теплообмене
молекул, то степень черноты газа
можно выбирать в зависимости от параметра
,
где
- средняя длина луча в пределах газового
слоя. Величина
определена для различных форм газового
объёма и приводится в справочниках. Её
величину можно оценить по соотношению
-
,
где А
– поверхность, ограничивающая объём
V.
Следовательно
можно полагать, что степень черноты
газа является функцией двух параметров
-
.
Вид этой функции определяется
экспериментальным путем. Величина
существенно зависит от температуры.
Поэтому зависимость
может отличаться от закона 4 - ой степени.
В продукты сгорания двигателя одновременно входят СО2 и Н2О. Для смеси СО2 и Н2О величину определяют по формуле:
.
Последний член в
этой формуле характеризует эффект
взаимного поглощения в результате
частичного совпадения полос излучения
и поглощения в спектрах СО2
и Н2О.
Значения степени черноты
и
находят по графикам, построенным по
опытным данным. Для этого нужно знать
температуру газа, его парциальное
давление и определить среднюю длину
пути луча.