Методы исследования лучистого теплообмена

В лучистом теплообмене встречается два типа задач – прямые и обратные. Если по известным температурам поверхностей, их оптическим свойствам, форме и размерам тел необходимо определить потоки различных видов излучения, то такие задачи относятся к прямым задачам. В обратных задачах по заданным потокам излучения, оптическим и геометрическим свойствам тел определяют температуры поверхностей.

Для исследования лучистого теплообмена в различных излучающих системах используются различные методы: многократных отражений, эффективных потоков, сальдо, алгебраический, интегральный и дифференциальный, а также экспериментальные.

Метод многократных отражений очень наглядный, он вскрывает изменение лучистой энергии по отдельным стадиям затухания поглощений и отражений в процессе теплообмена данного тела с окружающими телами. Однако связан с громоздкими вычислениями особенно для сложных геометрических систем.

Метод эффективных потоков и метод сальдо основываются на конечных эффектах теплообмена между телами данной системы. Оба относятся к методу полных потоков излучения. Наглядно не видно физической картины процесса переноса теплоты, но они позволяют получить расчетные данные без громоздких вычислений.

Интегральный метод является методом, синтезирующим методов многократных отражений и полных потоков излучения. Даёт полное представление о сущности явления лучистого теплообмена, однако связан со значительными трудностями при решении интегральных уравнений. Интегральные уравнения могут быть упрощены путём аппроксимации их алгебраическими уравнениями.

Алгебраический метод позволяет находить как средние, по поверхностям отдельных тел, так и местные потоки излучения в узловых точках излучающей системы.

Резольвентный метод исследования лучистого теплообмена является аналитическим методом. В этом методе решение интегральных уравнений представляется через резольвенту излучения. Резольвента излучения представляет собой отношение элементарного лучистого потока с площадки dF на единичную поверхность в другой точке с учётом многократных отражений от границы системы к элементарному полусферическому потоку собственного излучения с площадки dF.

В резольвентном методе может быть использована алгебраическая аппроксимация интегрального уравнения для резольвенты. Этот метод называется резольвентно-зональным.

Дифференциальный метод основывается на решении дифференциальных уравнений переноса лучистой энергии.

Наряду с аналитическими методами исследования лучистого теплообмена применяется и экспериментальные методы. К ним относятся методы светового и электрического моделирования.