Теплообмен между газом и поверхностью твердого тела

Газы обладают способностью излучать и поглощать лучистую энергию. Для разных газов эта способность различна. Излучение и поглощение газов носят объемный характер. Поэтому такие факторы, как размеры и форма излучающего слоя, однородность его температуры, существенны при описании излучения газов. Спектры излучения – поглощения газов в отличие от многих твердых тел носят селективный характер. Процессы излучения и поглощения происходят лишь внутри ряда дискретных полос спектра; при других длинах волн газ ведет себя как прозрачная диатермическая среда. Это, естественно, усложняет расчеты лучистого теплообмена.

Для наглядного представления механизма переноса энергии в объеме излучающего газа часто бывает удобно рассматривать излучение как поток частиц – фотонов, движущихся по прямолинейным направлениям со скоростью света и обладающих разной энергией hν. Часть фотонов «захватывается» молекулами газа, что приводит к повышению энергии газа, т.е. его нагреванию. При этом молекулы газа «захватывают» лишь те фотоны, частоты которых отвечают полосам поглощения в спектре газа. Фотоны других частот (энергий) пролетают газовый объем без взаимодействия с веществом. Так осуществляется процесс поглощения лучистой энергии в объеме газа.

Одновременно с поглощением происходит обратный процесс – излучение энергии объемом газа. Это можно объяснить так.

Вследствие хаотического теплового движения газовых молекул, их вращения, колебаний атомов отдельные многоатомные молекулы газа получают избыток энергии по сравнению со средним его уровнем. Избыток энергии может затем самопроизвольно излучаться в форме «рождающихся» фотонов в окружающее пространство.

В теплотехнических инженерных расчетах обычно интерес представляют такие осредненные характеристики излучения газового объема, как суммарный поток энергии излучения газового объема. Коэффициенты теплового излучения газов определены экспериментально и приводятся в виде номограмм (зависимости ε от Т газов). По найденному из номограмм значению ε рассчитывается собственное излучение газового объема