ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Процесс превращения тепловой энергии тела в лучистую на­зывается тепловым излучением.

Тепловое состояние тела характеризуется его температурой.

Любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, непрерывно излучает лучистую энергию. В зависимости от тем­пературы и состояния поверхности оно испускает то или иное излучение. Большая часть этого излучения при температурах, которые мы умеем получать, лежит в инфракрасной области.

Так, например, если принять всю энергию, излучаемую ваку­умной лампой при температуре вольфрамовой нити 7 = 2500° К, за 100%, то только 7—12% лучистой энергии приходится на энергетическое излучение в видимой части спектра, а остальная часть энергии, за исключением небольших потерь в держателях нити накаливания, излучается в пространство в виде инфра­красных лучей.

Если температура объекта превышает 825° К, спектр излу­чаемой энергии содержит лучи, видимые невооруженным гла­зом. Изменение цвета объекта обусловливается его тепловым излучением в зависимости от температуры (табл. 1).

Таблица 1

Цвет объекта в зависимости от его температуры

Кажущийся цвет объекта

Ориентировочная темпера­тура объекта

°С

°к

Едва видимый красный………………………………………….

Тускло-красный…………………………………………………….

Вишнево-красный………………………………………………….

Оранжевый……………………………………………………………

Белый……………………………………………………………………

550 700 900 1100 Свыше 1400

823 973 1173 1373 Свыше 1673

Результаты простого наблюдения указывают на близкое родство тепловых лучей и лучей видимого света. Вместе с тем мы знаем, что при температуре ниже 825° К излучения стано­вятся невидимыми.

Качественные особенности теплового излучения определяют­ся различием в длинах волн, зависящих от температуры излуча­телей. При встречающихся в теплотехнической практике темпе­ратурах передача тепла излучением происходит в ближней ин­фракрасной области спектра, простирающейся на длины волн от 0,77 до 3 мк, а в средней области спектра с длинами волн 3— 10 мк. Излучение в видимой области спектра с длинами волн 0,4—0,77 мк значительно заметно только в электрических излу­чателях с очень высокими температурами нити накала.

Излучение, испускаемое телом, называют монохроматиче­ским, если оно соответствует узкому интервалу длин волны от Л, до Я + и интегральным (полным), если оно соответствует интегралу длин волн от Л = 0 до Я = оо.

Если лучистый поток падает на поверхность тела, то одна часть потока отражается (зеркально или диффузно), другая проходит сквозь тело и в зависимости от его коэффициента пре­ломления изменяет свое направление, а третья часть целиком поглощается телом.

Отражательная способность тела (коэффициент отражения) характеризуется отношением отраженной телом лучистой энер­гии £отр к падающей энергии Епад:

J. Ертр

Епад

Пропускательная способность тела (коэффициент пропуска­ния) характеризуется отношением пропущенной телом лучистой энергии к падающей энергии:

D = £проп . £пад

Поглощательная способность тела (коэффициент поглощения) характеризуется отношением поглощенной телом лучистой энер­гии Епогл к падающей энергии £пад:

Д _ -^погл

•Спад

Из сказанного следует, что между а, г и D существует зави­симость, т. е.

A + r. + d= 1.

9

Отражение падающего потока может быть зеркальным (угол падения равен углу отражения) или диффузным (рассеяйным). Зеркальное отражение дают полированные поверхности, при­чем величина коэффициента отражения г зависит от степени полировки поверхности. Коэффициенты пропускания и поглоще­ния зависят от химического строения и структуры вещества, а также от толщины слоя облучаемого вещества. Для жидких и газообразных веществ величина этих коэффициентов характе-

2—882

Ризуется размерами и количеством отдельных частиц составля­ющих эти вещества. Если

А = 1 и R. = d = 0,

То вся лучистая энергия, падающая на тело, поглощается им. Такое тело принято называть абсолютно черным. Если

Г — 1 и а = d = О,

То вся лучистая энергия, падающая на тело, отражается им. Та­кое тело принято называть абсолютно белым.

Если

D = 1, то а = г — 0.

В этом случае лучистая энергия, падающая на тело, прохо­дит через него. Такое тело называется абсолютно проз­рачным (диатермичным). t

В природе нет абсолютно черных, белых и прозрачных тел. Поэтому соотношения между а, г и D зависят от вида тел, ха­рактера их поверхности и температуры (наши обычные оценки цвета поверхности неприменимы к инфракрасному излучению; большинство поверхностей по коэффициенту поглощения может быть отнесено к разряду «черных»). Все твердые тела и жидко­сти (в слое толщиной в несколько мм) для области инфракрас­ного излучения практически не прозрачна Для них и a + r= 1. Газы; за исключением углекислоты и водяных паров, для этой области спектра диатермичны.

Следовательно, если данное тело хорошо отражает лучистую энергию, то это же тело плохо поглощает ее и наоборот. Однако существуют телэ, которые в определенном диапазоне волн и при определенной толщине их слоя являются прозрачными для лучистой энергий.

‘Например, кварц при толщине до 1 мм прозрачен для свето — ■ вых, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, но при толщине в несколько мм он уже становится непрозрачным для инфра­красных. Оконное стекло прозрачно для световых лучей (опять — таки до определенной толщины), но непрозрачно для ультра­фиолетовых и инфракрасных с длиной волны Я более 5 мк. Ка­менная соль прозрачна для инфракрасных лучей и непрозрачна для ультрафиолетовых.

Аналогичное положение наблюдается также при поглощении и отражении лучистой энергии. Белые поверхности хорошо от­ражают видимые световые лучи и практически поглощают ин­фракрасные. Для поглощения и отражения инфракрасных лучей большое значение имеет состояние поверхности тела. Отража­тельная способность у гладких и полированных поверхностей во много раз выше, чем у шероховатых. Наибольшей поглоща — тельной способностью обладают тела, покрытые платиновой

• Таблица 2 Величним а, г и D для некоторых материалов

Коэффициенты в %

Толщина

Материалы

Материала

/

А

D

Г

В мм

Прозрачное бесцветное стекло. .

1—3

89—91

Около 8

1-3

Матовое стекло (матировка песком

Внутренняя) ………………………………………

3-16

72-85

12-15

1,8-4,4

Молочное густое стекло………………………

4—28

10—66

30—76

1,3—6,2

Молочное стекло, хорошо пропускаю­

1,5—2

Щее свет. . . ………………………………………..

4—6

45—55

40—50

Мрамор полированный……………………..

27—47

3-6

50-61

8,1—3,3

Алебастр (гипс)………………………….

11—16

33—47

43—53

Пергамент тонкий белый…………………..

10—15

35—55

40—50

Бумага светлая……………………………………

13-20

42-50

33—40

Бумага темная……………………………………

17—23

30—45

40—50

Шелк белый…………………………..

5

60

35

■—

Белая покраска.?..’….

33-20

67—80

Бархат черный………………………………….

99,6

0,4

Сукно черное…………………………………….

98,8

1,2

Чернью или сажей. В ограниченном интервале длин волн они поглощают до 90—96%’ инфракрасного излучения.

В табл. 2 приведены величины A, Г и D для некоторых материалов при облу­чении световыми и близкими к ним ин­фракрасными лучами.

Наиболее полно свойствами абсо­лютно черного тела обладает отверстие в стенке полого шара, предложенное русским физиком В. А. Михельсоном.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Рис. 3. Принципиаль­ная схема абсолютно черного тела

Это тело, схема’которого показана на рис. 3, представляет собой полый шар с небольшим отверстием и зачерненной внутренней поверхностью, поглощатель — ная способность которой равна 90%. Ес­ли направить поток лучистой энергии че­рез отверстие шара, то при падении луча на внутреннюю стенку 90% энергии поглотится, отраженный же от нее лучистый поток (10%) снова попадает на стенку и при вторичном отражении снизит свою энергию до 1% первоначаль­ной величины, а при последующем отражении до 0,1%. Если лучистый поток выйдет из отверстия после трехкратного отра­жения, то суммарная поглощательная способность полого тела будет равна 0,999, т. е. очень близка к единице. ‘

И

Внутренняя поверхность полого тела не только поглощает, но при нагреве его до определенной температуры излучает как абсолютно черное тело. Эти особенности отражения и поглоще­ния лучистой энергии в полом шаре проявляются и в практиче-

2*
ских условиях инфракрасного нагрева тел. Так, например, чем глубже впадины (шероховатость) на поверхности облучаемого тела, тем выше его поглотительная способность по сравнению

С более гладкой поверхно­стью данного тела. Этим можно объяснить увеличе­ние поглощательной способ­ности тел при увеличении их шероховатости или пористо­сти.

При расчетах, связанных с лучистым теплообменом, применяются понятия о лу­чистом потоке Q, энергии из­лучения Е и спектральной интенсивности излучения /.

Лучистым потоком назы­вается полное количество энергии, излучаемое поверх­ностью тела F в единицу времени, т. е.

Q = EF ккал\ч,.

Эта величина характери­зует полную мощность излу­чателя.

Энергией излучения на­зывается количество энер­гии, излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Эта величина характеризует удельную мощность излучателя.

Спектральной интенсивностью излучения называется удель­ная энергия монохроматического излучения, характеризующая спектральную удельную мощность излучателя, т. е.

/

DE% I а

= ——————————————— ккал М2-ч- мк.

D% ‘

Излучение любого твердого тела характеризуется непрерыв­ным спектром распределения энергии излучения по длинам волн, однако сам спектр излучения является неравномерным и различным для разных тел.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Рис. 4. Спектральное распределение интенсивности излучения абсолютно черного тела (заштрихованная часть— видимый свет)

В основу теплотехнических расчетов при излучении положе­ны универсальные законы излучения абсолютно черного тела, поглощающего излучения любой длины волны. Распределение интенсивности излучения абсолютно черного тела в зависимости
от его температуры и длины волны излучения показано кривы­ми на рис. 4. Характерными особенностями этих кривых явля­ются: наличие разных максимумов интенсивности излучения для различных температур, резкий спад кривых в сторону ко­ротких волн и пологий спад в сторону длинных волн. Это спра^ ведливо и для применяемых в практике излучателей (за исклкн чением газовых с пористыми излучающими насадками), интен-» сивность излучения которых показана на рис. 5.

■ 16

1 — солнце <>6000° С; 2 — инфракрасная лампа с вольфрамовой нитью /=]900°С; 3 — керамический излучатель с температурой по­верхности 800° С: 4 — темный излучатель с температурой поверхно­сти 500° С; 5 — радиаторы центрального отопления с температурой поверхности 98° С

Об особенностях спектра излучения газовых горелок инфра­красного излучения с пористыми насадками будет сказано ниже.

Закон Планка устанавливает зависимость интенсивности из­лучения для черного тела от длины волны Я и от абсолютной температуры Т\

/х = ~ ккал1мг-ч.-мк,

Ил

Где /— лучеиспускательная способность; X — длина волны.

I

Планк установил, что для абсолютно черного тела интенсив­ность излучения равна:

‘ і »V ‘,>’•’

Где Сі—постоянная, равная 3,22-10~16 ккал • м2/ч;

С2 — постоянная, равная 1,44-Ю-2 лі<°К.

Из выражения для /хо видно, что при % = 0 и %=оо Д0=0. Следовательно, черное тело испускает лучи с различной длиной волны при Т>0. Отсюда следует, что с повышением температу­ры тела интенсивность излучения увеличивается, достигая из­вестного максимума в интервале между предельными значения­ми % = 0 — н оо. При малых значениях %Т последнее выражение может быть упрощено.

Графическое изображение закона Планка приведено на рис. 4, из которого видно, что каждой температуре Т отвечает своя кривая /хо, имеющая максимум тем больший, чем выше температура. С увеличением Т максимумы /хо смещены в сто­рону более коротких волн (Кт).

Закон смещения максимумов Ho сформулирован Вином до закона Планка. Закон Вина аналитически может быть получен, Dl

Если производную —— приравнять нулю и решить полученное DX

Уравнение относительно произведения %т Т. Таким образом, Можно получить математическое выражение этого закона.

2,9мк° К = const.

Следовательно, длина волны, при которой Ixo, Имеет мак­симум при заданной температуре

2 9

ГА. ~ — мк. т

Если это выражение подставить в выражение для /хо, то максимум интенсивности излучения, пропорциональный пятой степени температуры, резко возрастает с увеличением Т.

Пользуясь этим законом, легко определить длину волны, со­ответствующую максимуму интенсивности излучения абсолют­но черного тела.

Закон Стефана — Больцмана устанавливает зависимость полной энергии излучения абсолютно черного тела от темпера­туры. Количество энергии, излучаемой черным телом при любой длине волны при данной температуре Т, может быть найдено из выражения

^0 = Дон­если это выражение проинтегрировать в пределах от Я=0 до Я=оо.

Таким образом, лучеиспускательная способность черного тела

00 QO

О о

Н

Решение этого интеграла может быть получено, если инте­гральную функцию —^ разложить в следующий ряд:

С 2 2 С 2 3 Cjs

Є — f — e ‘ — j — e +’ • •

Окончательное решение представится в таком виде:

Е0 = о0 Т4 Ккалімі • ч.

Чи’словое значение с0 при приведенных выше постоянных С і и С2 составляет:

С0 = 4,96-10-8 ккал/ж2-«-°К4.

Величина с0 называется коэффициентом, (или постоянной) излучения абсолютно черного тела. Так как числовое значение О0 очень мало, а Т велико, то выражению для Е0 в технических расчетах удобнее придать вид

£0 = С0 (0,017)*, где Со = 4,96 Ккалім2 • ч • °К4.

Приведенные формулы для Е0 представляют математическое выражение закона Стефана—Больцмана.

Закон Стефана — Больцмана остается справедливым и для других тел, которые, как и черные тела, имеют непрерывный спектр излучения. Такие тела, для которых соблюдается закон четвертых степеней Е = С (0,01 \Т)І, называются серыми телами, а их излучение-—серым. Для таких тел отношение спектраль­ной интенсивности излучения к интенсивности черного излуче­ния при той же длине луча для всего интервала длины волн от 0 до оо остается постоянным, т. е.

~~ — const. ixo

Таким образом, спектр серого излучения имеет такой же ха­рактер, как и спектр черного тела. Из этого следует, что степень черноты тела при любой длине волны

Е= — = —1 = JL< і

J хо Ео С0

Для идеально серого тела при всех температурах є = const и его энергия излучения

Е = єІ;0 — ЄСд (OjOlT4)4,

Т. е. она меньше энергии излучения черного тела при той же температуре; є (степень черноты тела)—безразмерная опыт-, ная величина, которая меняется от 0 до 1; для ряда материалов значения приведены в табл. 3.

Ч ТаблицаЗ

Степень черноты Є для различных материалов


Материалы

Алюминий полированный………………………

» шероховатый……………………………………….

Железо полированное………………………………

» обработанное наждаком.

Окисленное……………………………………………

Окисленное гладкое…. литое необработанное. . . Стальное литье полированное. . . Сталь листовая шлифованная. . . Чугун обточенный ……..

Окись железа.. І………………………………………

Золото полированное……………………………..

Латунная пластина: прокатанная с естественной поверхно

Стью…………………………………………………………….

Прокатанная, обработанная грубы\

Наждаком………………………………………………….

Тусклая…………………………………………….. : .

Медь, тщательно полированная, элект

Ролитная…………………………………………………….

Медь шабреная до блеска, но не зер

Кальная. . …………………………………………………..

Окись меди………………………………………………

Расплавленная медь………………………………..

Молибденовая нить………………………………….

Никель технически чистый, полированный Никелированное травленое железо непо

Лированное………………………………………………..

Никелевая проволока………………………………

Окись никеля. . ………………………………………

Хромоникель…………………………………………..

Олово, блестящее луженое листовое же

Лезо……………………………………………………………..

, Платина чистая, полированная пластина

Платиновая лента. . ………………………………..

» нить………………………………………………………..

» проволока………………………………………………

Ртуть очень чистая………………………………….

Свинец серый окисленный………………………

Серебро полированное чистое. . .

Хром……………………………………………………….

Цинк торговый (99,1%) полированный Оцинкованное листовое железо блестящее Оцинкованное листовое железо серое

Окисленное.

Асбестовый картон………………………………………

Асбестовая бумага……………………………………….

Бумага тонкая, наклеенная на металли­ческую пластину

Вода……………………………………………………………..

Гипс……………………………………………………………..

Дуб строганый………………………………. • " ‘ ‘

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Кварц плавленый шероховатый. . .

50—100

0,04—0,06

20—50

0,06—0,07

400—1000

0,14—0,38

20

0,242

100

0,736

125—525

0,78—0,82

900—1100

0,87—0,95

770—1040

0,52—0,56

940—1100 •

0,55—0,61

800—1000

0,6—0,7

500—1200

0,85—0,95

225—635

0,018—0,035

20

0,06

20

20—350

0,2 0,22

80—115

0,018—0,023

20

800—1100 1100—1300 700—2500 200—400

0,07 0,66—0,54 0,13—0,15 0,1 —0,3 0,07—0,09

20

200—1000 500—1250 125-1034

0,11—0,4 0,1 —0,2 0,52—0,86 0,64—0,76

20—50 200—600 900—1100 25—1230 225—1375 0—100 20

200—600 100—1000 200—300 30

0,04—0,06 0,05—0,1 0,12—0,17 0,036—0,092 0,073-0,182 0,09—0,12 , 0,28 0,02—0,03 0,08—0,26 0,04—0,05 0,23

20 20

40—400

0,28 , 0,96 0,93—0,95

20 0—100 20 20 20

0,924 0,95—0,98 0,8 —0,9 0,895 0,932

Продолжение табл. 3

Материалы

T в °С

Є

Кирпич красный шероховатый….

20

0,80—0,93

» шамотный глазированный. . .

1100

0,75

» огнеупорный, сильно излучающий

500—1000

0,8 —0,9

Лак белый эмалевый на железной шеро­

Ховатой пластине…………………………………………

40—100

0,8 —0,95

Лак черный блестящий распыленный на

20

0,87

Железной пластине……………………………………….

Лак черный матовый……………………………………

40—100

0,96—0,98

Шеллак черный блестящий на луженом

Железе………………………………………………………….

20

0,82

Шеллак черный матовый……………………………..

75—150

0,91

Масляные краски различных цветов. .

100

0,92—0,96

Алюминиевая краска после нагрева до

150—300

325° С…………………………. •……………………………..

0,35

Мрамор сероватый полированный. . .

20

0,93

Стекло гладкое……………………………………………..

20

0,94

Сажа, свечная копоть…………………………………….

100—270

0,95

Сажа с жидким стеклом………………………………..

20—200

0,96

Сажа ламповая 0,075 мм и больше.

20—400

0,95—0,97

Толь………………………………………………………………

20

0,91—0,93

Уголь очищенный (0,9% золы) ….

100—600

0,81—0,79

Угольная нить………………………………………………

1000—1400

0,52

Фарфор глазурованный……………………………….

20

0,92

Штукатурка шероховатая известковая.

10—90

0,91

Для большинства реальных тел Є не постоянно и зависит от температуры, с ростом которой Є увеличивается.

При нагреве гладких неокисленных полированных поверх­ностей, имеющих малую степень черноты, вследствие окисления поверхности в интервале температур 200—400°С величина є резко увеличивается. Степень черноты шероховатых поверхно­стей во много раз больше степени черноты гладких полирован­ных поверхностей.

Закон Кирхгофа. Согласно закону Кирхгофа, отношение излучательной способности Е к поглощательной А для всех тел одинаково равно излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от температуры.

Закон Кирхгофа выводится из рассмотрения лучистого теп­лообмена между абсолютно черной и серой пластинами, поме­щенными на небольшом расстоянии друг от друга. Температура обеих пластин одинакова, и, следовательно, теплообмен между ними отсутствует.

Серая поверхность излучает Е ккал/м2 • к энергии, которую черная поверхность полностью поглощает.

Черная поверхность излучает энергию в количестве Е0, По­падая на серую поверхность, эта энергия частично, в количестве АЕ0, поглощается, а остальная часть энергии в количестве

Ч’ ‘ •’ -‘vrv ЮГГГРГ*’ —♦ ^ •*

(1—А)Е0 отражается и полностью поглощается черной поверх­ностью, т. е. баланс лучистого обмена можно записать следую­щим образом:

Q = E — АЕ0ккал/м2-ч.

Как указывалось, при одинаковой температуре двух пластин <7 = 0 и, следовательно, математическое выражение закона Кирх­гофа может быть представлено в следующем виде:

Е = АЕ0 или — = Еа.

0 Д 0 ■

Закон Ламберта (закон косинусов). Этот закон устанавли­вает, что лучеиспускательная способность в направлении под углом Еф (направление излучения составляет с нормалью к из­лучаемой поверхности угол ф) и лучеиспускательная способ­ность поверхности в нормальном направлении Е„ связаны соот­ношением:

EV = Еп C0S ф-

Количество энергии, излучаемое элементом поверхности в направлении элемента DF, ориентированного под пространствен­ным углом dQ и ф, определяется по формуле

DQф = Еп DQ Cos фDF1.

Величина излучения по нормали Еп может быть представ­лена в следующем виде:

4,9 (ш)’1′

Т. е. излучение по нормали в я раз меньше излучения по всем возможным направлениям. Тогда, подставив значение Еп, по­лучим

DQ = —4,9 F—YdQdF, cos q>.

Ф я \100/ 1 т

Это уравнение является основой для расчета лучистого теп­лообмена между поверхностями конечных размеров.

Q = єпрС0ф

Расчетные формулы для теплообмена излучением. Общая формула для расчета теплообмена излучением между двумя непрозрачными телами на основании закона Стефана — Больц­мана (имеет вид

ІдюоУ vioo/J ‘

Где Q— количество тепла, переданное излучением от перво­го тела ко второму, в ккал/ч;

Єпр— приведенная степень черноты системы, учитываю­щая степень черноты обоих тел и их взаимное рас­положение;

С„— коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, равный 4,96 ккал/м2-ч-°К4;

Ф— средний угловой коэффициент или коэффициент об­лученности, учитывающий форму, размеры и взаим­ное расположение поверхностей; — абсолютные температуры первого и второго тела

В °К

F— поверхность теплообмена в м2.

При расчете промышленных печей чаще всего встречается ‘следующее расположение тел:

А) две плоские параллельные неограниченные поверхности;

Б) две замкнутые поверхности произвольной формы, охва­тывающие одна другую;

В) две плоские поверхности, произвольно расположенные в пространстве одна относительно другой.

Значения величин єпр, ф и F могут быть определены теоре­тически и экспериментально с использованием метода модели­рования.

При теплообмене излучением между двумя плоскими парал­лельными поверхностями ф = 1 и

— + —-1

El е2

Где и є2—степени черноты излучателя и нагреваемого

Тела

При расчете теплового излучения между двумя замкнутыми поверхностями F\ и F2, охватывающими одна другую (FjCFs), Ф=1; F в формуле. равна меньшей поверхности FІ и приведен­ная степень черноты системы

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Где Fx — поверхность охватываемого тела в ж2;

F3 — поверхность охватывающего тела в м2.

Передача тепла излучением при произвольном расположе­нии тел в пространстве производится по вышеприведенной фор­муле с введением в нее дополнительного множителя — среднего углового коэффициента фі.2і

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Ft Fz

Где и Fa — поверхности излучения двух произвольно рас­положенных тел в м2\ Фх и ф2 — углы, образуемые направлением лучей с нор­малями к поверхности излучающих тел; г—расстояние между двумя взаимно излучающи­ми телами в м.

Так как вычисление среднего углового коэффициента по уравне­нию с двойным интегралом вызы­вает значительные трудности, то его обычно определяют графическим путем или по упрощенным форму­лам, учитывающим взаимное рас­положение и форму излучающих поверхностей. Эти графики и фор­мулы приведены в специальной ли­тературе по вопросам лучистого теплообмена.

Теплообмен между двумя плос­кими поверхностями, произвольно расположенными в пространстве, рассматривается ниже. Значения епр могут быть определены и ме­тодом лучистого сальдо, предло­женным Г. JI. Поляком. Сущность этого метода состоит в следующем.

Результативный транзит лучис­той энергии сквозь внешнюю по­верхность тела может быть рассчитан двумя способами (рис. 6).

Сквозь правую контрольную поверхность (пунктирная ли­ния) от тела уходит испускаемая им собственная энергия Есоб И отражаемая энергия ^отр • Сумма собственной и отражаемой энергий названа эффективной энергией £эф. Через ту же конт­рольную поверхность в сторону тела проходит падающая энер­гия £„ад.

= q + Es

‘пад

Если температура тела ниже температуры окружающей сре­ды," то результативный транзит энергии равен превышению £пад над £эф и направлен в сторону тела. Это превышение, назван­ное Г. JI. Поляком лучистым сальдо, является количеством теп­ла, полученным телом,

Я — -^пад Еэ

^пад — -"-эф или

Аналогично лучистое сальдо через иную контрольную по­верхность может быть выражено следующим образом:

Я = £пог £соб = — А^пад Fcog,

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Отр.

Рис. 6. Схема для расчета результативного транзита лучистой энергии

Где £пог— поглощаемая телом энергия.

Подставляя В последнюю формулу величину — Спад, получим п і р _ Д + Есоб

Я + — Сэф = —

Р Д 4- £соб . Д 4- ^соб — ^<7 _

£Эф——————————- ^ я — 2 —

_ д(1-А) + Есоб =Ео+/±_1

А и ‘

В общем виде для тела, температура которого выше или ни­же температуры окружающей среды, выражение для лучистого сальдо имеет вид:

£Эф = Ео ± Я (-J — — 1 ) •

Пользуясь методом лучистого сальдо, лег^о решить, напри­мер, задачу о передаче тепла между двумя параллельными пла­стинами.

Падающая энергия на одну пластину равна всей эффектив­ной энергии другой пластины, т. е.

Я\,ч — Еэф1 Еэф2′

Далее получаем

— £ол — Я^L)- Е0- <72 ~ 1 ) , .

Причем

Яі = Яг = <7І,2>

Откуда

Ео.1

ЯІ,2~ 1 1

Аі+ А2 1

Или

Аг + A2

Следует также указать на понятия о цветовой и яркостной температурах.

Цветовой температурой Тц называется температура абсо­лютно черного тела, имеющего для двух определенных спек­тральных участков то же отношение яркостей, что в данное те­ло, имеющее температуру Т. Для всех металлов цветовая тем­пература Гц выше, чем истинная температура тела Т.

Яркостной температурой Тя называется температура абсо­лютно черного тела, имеющего ту же визуальную монохромати­ческую яркость для определенной длины волны, что и данный излучатель, имеющий температуру Т. Яркостная температура всегда меньше истинной температуры тела.

Ваш отзыв

Рубрика: ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *