ПРИРОДА ПРОМЕНЕВОГО ТЕПЛООБМІНУ

Для багатьох виробництв характерне використовування установок, що працюють в умовах високих температур. Це такі, як: плавка і розбивка металів, термічна і гаряча обробка виробів, робота опалювальних котлів, печей та інше.

Високими температурами характеризуються також і процеси розвитку пожеж. У всіх цих випадках переважне значення має теплообмін випромінюванням. Вже при температурі 800 ˚С і вище теплообмін між тілами відбувається в основному завдяки випромінюванню.

Таке випромінювання може викликати спалах горючих матеріалів чи конструкції, які знаходяться поблизу. Променева енергія усилює дію пожежних підрозділів.

Променевий теплообмін являє собою перетворення тепла в енергію електромагнітних хвиль, які поширюються з швидкістю 3 10⁸ м/с в вакуумі і характеризуются довжиною хвилі λ.

В залежності від довжини хвилі розрізняють:

γ-промені (λ=5 10^-11–10^-9мм); рентгенівські (λ=10^-9–2 10^-5мм); ультрафіолетові (λ =2 10^-5-4 10^-4мм); видимі (λ = 4 10^-4-8 10^{-4 мм); інфрачервоні (теплові) (λ=8 10-4}-0.8мм); радіохвилі (λ>0.2мм)

Рис. 4.1 Шкала видимого спектру випромінювання.

Природа усіх цих видів опромінення однакова.

Всяке тіло, температура якого відмінна від абсолютного нуля 0 °К, неперервно випромінює власне випромінювання.

Рис.4.2 Випромінювання різних нагрітих тіл

Кількість випроміненої енергії залежить від фізичних властивостей тіла і його температури. Тверді і рідкі тіла мають неперервний спектр випромінення, гази – лінійчастий.

Монохроматичне випромінення певної довжини хвилі генерують лазери.

У пожежній справі найбільш цікавим є ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне випромінювання.

При променевому теплообміну відбувається подвійне перетворення енергії: прогріте тіло віддає у вигляді променів енергію, яка поглинається тілом на яку вони падають. При попаданні на тіло електромагнітних хвиль, відбувається їх часткове відбивання, поглинання, та якщо тіло прозоре промені частково проходять крізь нього

Рис.4.3 променевий теплообмін на поверхні тіла.

Баланс променевого теплообміну можна записати так:

Q_R+Q_A+Q_D=Q ………….(4.1)

· Q_R- кількість енергії, що відбивається;

· Q_A– кількість енергії, що проходять через тіло;

· Q_D– кількість енергії, що поглинається тілом.

Якщо поділити ліву і праву частину виразу (4.1)на Q то отримаємо:

,або

R+A+D=1…………………………….(4.2)

де R, A, D – відбивна, поглинальна і пропускна здатність тіла.

Значення R, A, D залежать від роду тіла, його температури, стану поверхні і довжини хвилі променів падаючих на тіло.

1.Якщо тіло повністю поглинає падаючу променеву енергію то його

називають абсолютно чорним тілом, для нього R=D=0; A=1 (такими властивостями володіє лише ідеальне тіло).

У природі існують тіла близькі до абсолютно чорного:

· чорна сукня А = 0.98;

· чорний бархат А = 0.995;

· вода і сажа А = 0.95; інші А = 0.97;

· сніг і лід А = 0.95-0.98.

2.Якщо тіло повністю відбиває ту енергію яка на нього падає, то воно

називається абсолютно білим тілом, для нього A=D=0; R=1 (поліровані метали) R 0.97. Рис.4.4Модель абсолютно чорного тіла

3.Якщо тіло повністю пропускає падаючу на нього променеву енергію то його називають абсолютно прозорим (діатермічним). для нього A=R=0; D=1 (тонкі прошарки повітря, одноатомні та двоатомні гази).

Усі реальні тіла прийнято називати сірими тілами, вони не мають властивостей ні абсолютно білого ні діатермічного тіла.