Теплообмен излучением.

<18 19 202122 23 24 >

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Излучение характеризуется длиной волны (l) или частотой колебаний (n = с/l). Помимо волновых свойств излучение обладает также и корпускулярными свойствами. Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу и различаются лишь длиной волны. Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности, а для газов — еще от толщины слоя и давления. Полупрозрачные тела (плавленый кварц, стекло, оптическая керамика и др., газы и пары) характеризуются объемным характером излучения, в котором участвуют все частицы объема вещества. При высоких температурах основным видом переноса может быть тепловое излучение.

Виды лучистых потоков. Вектор излучения. Угловая плотность излучения. Интенсивность излучения. Поток поглощенного излучения.(отраженного и пропускаемого). Плотность поглощенного объемного излучения.

Поверхностное (полусферическое) излучение. Энергия излучения, испускаемая произвольной поверхностью в единицу времени по всевозможным направлениям полупространст-ва и соответствующая узкому интервалу длин волн от l до l+dl, называется потоком монохроматического, спектрального или однородного излучения (Q_l). Лучистый поток со всей поверхности выразится интегралом где поверхностная плотность потока интегрального излучения.

- спектральная плотность потока излучения

Интенсивностью излучения называется количество лучистой энергии, испускаемое в направлении угла y в единицу времени элементарной площадкой в пределах единичного элементарного телесного угла, отнесенное к проекции этой площадки на плоскость, ортогональную к направлению излучения I_l и I — интенсивности (яркости) спектрального и интегрального излучений; y — угол, составленный нормалью к площадке и направлением излучения.

Потоки интегрального и монохроматического излучения связаны следующими зависимостями

Плотность потока поглощающей лучистой энергии E_ПОГЛ, Вт/м²: здесь А — интегральная поглощающая способность тела. Тела, которые поглощают всю падающую на них энергию, называются абсолютно черными (А = 1).

называется плотностью потока пропускаемого излучения Е_ПРОП, Вт/м²:

Плотность поглощенного объемного излучения

Вектор излученияравен разности значений потоков излучения, падающих с двух сторон на указанную поверхность.

Следовательно, вектор излучения определяется векторным интегралом от интенсивности излучения по сферическому телесному углу.Зависимость представляет собой интегральную форму вектора излучения.

Градиентную форму вектор излучения

Законы теплового излучения. (Планка, Рэлея-Джинса, смещения Вина, Ст. Больцмана, Кирхгофа, з-н косинусов Ламберта). Черные температуры.

А. Закон Планка(Зависимость спектральной плотности потока излучения от длины волны и температуры)

где l — длина волны, м; с₁ = 5,944×10^-17 — первая константа излучения, Вт×м2; с₂= 1,4388×10^-2 — вторая константа излучения, м×К; е — основание натуральных логарифмов; Т — температура тела, К; Е₀_l измеряется в Вт/м³

Излучение, характеризующееся спектром, подобным спектру равновесного излучения (при Т= const), называется серым излучением.

где с— скорость света, м/с; hи k— постоянные Планка и Больцмана, равные соответственно 6,62×10^-34 Дж×с и 1,38×10^-23 Дж/К.

Закон смещения Вина позволяет привести закон Планка к безразмерному виду:

Б. Закон Релея — Джинса (Первый предельный случай з-на Планка когда произведение lТ велико по сравнению с постоянной с₂.)

В. Закон смещения Вина (Второй предельный случай соответствует малому значению произведения lТ по сравнению с постоянной с₂.)

где с — скорость света, м/с; h и k — постоянные Планка и Больцмана, равные соответственно 6,62×10-34 Дж×с и 1,38×10-23 Дж/К.

где постоянная с₃ = 1,307 Вт/(м³×К⁵).

Г. Закон Стефана — Больцмана (устанавливает зависимость плотности потока интегрального полусферического излучения от температуры)

Закон Стефана — Больцмана для поверхностной плотности потока интегрального излучения Е₀, Вт/м², можно выразить следующим образом: где s₀ — постоянная Стефана — Больцмана.

где с₀ = 5,6687 = 5,67 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²×К⁴).

Д. Закон Кирхгофа (устанавливает количественную связь между энергиями излучения и поглощения поверхностями серых и абсолютно черных тел.)

отношение энергии излучения к энергии поглощения и зависит от природы тел и равно энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре.

следствием чего является численное равенство степени черноты и поглощательной способности тела

Тогда спектральная степень черноты

В термодинамически равновесной системе с промежуточной поглощающей средой для каждого ее элементарного объема имеет место численное равенство объемных плотностей потоков собственного и поглощенного излучений: