Теплообмен излучением в системе с излучающим и поглощающим газом

Для количественной характеристики потоков излучения в газовом объеме используют величину спектральной интенсивности излучения:

, Вт/(м2 м ср)

(18.1)

Согласно этому определению, спектральная интенсивность есть поток излучения в единичном интервале длин волн, отнесенный к единице контрольной площадки, нормальной к направлению излучения, и единице телесного угла, внутри которого распространяется излучение.

Поглощение излучения в газе

Поглощения излучения в газе. Проследим за тем, как изменяется величина интенсивности излучения вдоль длины пути луча вследствие поглощения фотонов на молекулах газа. Пусть s - расстояние, отсчитываемое от сечения, в котором задано начальное значение потока. Выделим элементарный контрольный объем толщиной ds и выпишем выражение для поглощенного в этом объеме излучения:

.

(18.2)

Проще всего объяснить это соотношение как оценку вероятности попаданий при стрельбе наугад: чем больше число мишеней (молекул), тем больше попаданий ( актов поглощения фотонов). Вероятность попадания пропорциональна толщине ds, так как чем толще поглощающей слой, тем больше молекул встретится на пути фотона.

Коэффициент , 1/м, называют коэффициентом ослабления луча. Его величина зависит от рода газа, от длины волны (в окнах прозрачности вообще обращается в ноль), от температуры. Величина примерно пропорциональна давлению газа p, так как с ростом давления увеличивается концентрация мишеней-молекул. Поэтому обычно представляют как произведение: .

Интегрирование соотношения (6.57) дает экспоненциальный закон ослабления интенсивности по ходу луча за счет поглощения (закон Бугера.):

(18.3)

Величину 1/ , имеющую размерность длины, интерпретируют как длину свободного пробега фотона. Если толщина слоя газа s существенно меньше 1/ , то излучение практически не поглощается (см. формулу (6.58). В продуктах сгорания длина свободного пробега по порядку составляет 10^-1м.

Используя формулу (6.58), можно вычислить коэффициенты поглощения и пропускания слоя газа конечной толщины:

(18.4)

.

(18.5)