Теплоперенос излучением. Основные законы лучистого теплообмена. Коэффициент облучённости тел.

Лучистый теплообмен (т/о излучением или радиацией) может происходить между телами,находящимися на больших расстояниях друг от друга. (Солнце-Земля).

Тепловое излучение – результат внутриатомных процессов, обусловленных влиянием температуры. При нагреве тела тепловая энергия переходит в лучистую энергию.

Лучеиспускание тела в пространство может быть равномерным или направленным. Лучистая энергия, падающая на тело в зависимости от природных свойств, формы и состояния поверхности, в общем случае частью поглощается телом и переходит в тепловую энергию, частью проходит сквозь него и частью отражается.

Согласно электромагнитной теории света, носителями лучистой энергии являются электромагнитные волны, излучаемые телами. Эти волны в изотропной среде или вакууме распространяются прямолинейно со скоростью света, подчиняясь статическим законам преломления, поглощения и отражения. При взаимодействии с веществом носители лучистой энергии проявляют себя как фотоны (кванты энергии), обладающие характером движущихся частиц.

Тепловые лучи называются также инфракрасными.

Распределение энергии при падении излучения на поверхность реального жидкого или твёрдого тела:

или

, где

- доля отражаемого телом лучистого потока, называется отражательной способностью тела;

- доля поглощаемого телом лучистого потока называется поглощательной способностью тела;

- доля пропускаемого телом лучистого потока называется пропускательной способностью.

Есть зеркальное отражение и диффузионное. Если при отражении поверхностью луч остается в одной плоскости, подчиняясь закону равенства углов падения и отражения, то такую поверхность наз. зеркальной.

Тело наз. белым, если оно полностью отражает лучи. ; .

Абсолютно черное тело: ; .

Тело, пропускающее полностью лучи через себя наз. диатермичным: ; .

Большинство реальных тел непрозрачно и для них ; .

Энергия излучается телом при данной температуре во всех направлениях в виде спектра.

Суммарное количество энергии, излучённой на всех длинах волн в единицу времени, наз. полным или интегральным лучистым потоком Q. Монохроматическим или однородным (спектральным) лучистым потоком наз. излучение в узком интервале длин волн: от до .

Интегральный лучистый поток, приходящийся на единицу поверхности наз. плотностью интегральных излучений:

, .

Уравнение служит и для выражения лучеиспускательной способности поверхности или поверхностной плотности излучения.

Спектральная интенсивность излучения: ,

- поглощённое излучение;

- отражённое излучение;

Суммарный поток из собственного излучения и отражённого наз. эффективным излучением тела.

Результирующее излучение учитывает наряду с собственным излучением и излучение, поглощаемое телом из окружающей среды

Для другого случая, когда

Но т.к. имеем

Закон Стефана-Больцмана.

Полное количество энергии, излучаемой поверхности абс. черного тела, для всех длин волн от λ=0 до λ=∞ определяется уравнением:

,

Интегрирование этого уравнения дает:

,где

- постоянная излучения абс. черного тела.

Закон Ст.-Б. “интегральное излучение или лучеиспускательная (излучательная) способность абс. черного тела (т.е. полное количество энергии, излучаемой ед. поверхности тела за единицу времени) пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры”.

При больших значениях температуры в инж. расч. удобнее пользоваться формулой:

Закон Ст.-Б. может быть применен и к серым телам:

Серые тела – тела, спектр излучения которых подобен спектру абс. черного тела, и отличаются от него тем, что при одной и той же температуре каждая ордината интенсивности излучения серого тела составляет одну и ту же долю от сходственной ординаты абс. черного тела.

Для серого тела: ,

С- постоянная излу чения серого тела.

Относительная излучательная способность или степень черноты тела:

Расчетное уравнение для серого излучения имеет вид:

Закон Кирхгофа.

Устанавливает связь между излучательной и поглощательной способностью любого тела.

Поверхность тела 2 излучает на тело 1 энергию , часть которой А₁Е₀ поглощается телом 1. Тело 1 в свою очередь излучает энергию . При равенстве температур обеих поверхностей тепловой поток, излучаемый серой поверхностью, должен быть равен тепловому потоку, который она поглощает:

Полученная закономерность справедлива для любых других серых тел, поглощательные способности которых соответственно равны А₂, А₃ и т.д.

Поэтому уравнение, выражающее закон Кирхгофа будет:

Для любого тела отношение его лучеиспускательной способности к поглощательной способности равно лучеиспускательной способности абсолютно чёрного тела притой же температуре и зависит только от температуры.

Подставляя в уравнение вместо , и т.д. соответственно , и т.д. и сокращая на получим:

, т.е. поглощательная способность тела и степень черноты численно равны друг другу.

Закон Планка.

В 1900 г. М. Планк, разрабатывая квантовую теорию излучения, теоретически вывел закон распределения энергии,излучаемой абсолютно чёрным телом в зависимости от длин волн:

Где - спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела ;

- длина волны, м;

и - постоянные.

Графически закон Планка изображён на рисунке.

Начиная от нуля, интенсивность излучения быстро растёт с увеличением длины волны, достигая максимума при некотором её значении, после чего убывает.

Максимальная интенсивность излучения при повышении температуры смещается в область коротких волн, что видно из закона Вина:

Из рассмотренного рисунка видно, что энергия видимого излучения по сравнению с энергией инфракрасного излучения пренебрежимо мала.

Закон Ламберта.

Закон Стефана-Больцмана позволяет определить полное количество энергии, излучаемой в пространство поверхностью абсолютно чёрного тела во всех направлениях. Излучение осуществляется различно во всех направлениях и по этому приходится учитывать его интенсивность.

Количество энергии, излучаемой в определённом направлении проекцией площадки на нормаль луча в единице телесного угла в единицу времени, т.е. лучеиспускательная способность в данном направлении, называется яркостью в направлении (угловой плотностью излучения):

Закон Ламберта устанавливает, что интенсивность излучения с единицы поверхности абсолютно чёрного тела в каком-либо направлении пропорциональна косинусу угла между этим направлением и нормалью к поверхности:

- интенсивности излучения, нормальном к элементу поверхности.

- угол между направлением лучеиспускания и нормалью.

Общее количество энергии, излучаемой элементарной площадкой

Следовательно, общее количество энергии, которое излучается в нормальном направлении.

44. Лучистый теплообмен между двумя серыми поверхностями определяется по формуле

, Вт

- приведённый коэффициент лучеиспускания, который для замкнутой системы, состоящей из двух серых поверхностей, в общем случае определяется по формуле

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: