Общие понятия лучистого теплообмена. Тепловой баланс лучистого теплообмена

Лекция №6 Излучение (лучистый теплообмен): Основные определения ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА Лучистый теплообмен имеет место в ракетной технике, ядерной энергетике, металлургии, гелиотехнике и др. Тепловое излучение – это передача внутренней энергии излучающего тела посредством электромагнитных волн, которые характеризуются длиной волны . Но не все электромагнитные волны относятся к тепловому излучению. Тепловыми лучами являются те из них, которые при попадании на поверхность превращаются в теплоту. Таковыми являются: видимое излучение (свет) с длиной волны и инфракрасное - с =  0,8 мкм – 0,8 мм. =  0,4 - 0,8 мкм ОСОБЕННОСТИ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА В РАЗНЫХ СРЕДАХ Большинство твердых и жидких тел имеют сплошной спектр излучения, то есть они испускают энергию всех длин волн от нуля до бесконечности. Но чистые металлы и газы обладают выборочным (селективным) излучением, то есть испускают энергию с прерывистым спектром. В твердых и жидких телах лучистый теплообмен имеет поверхностный характер, то есть в лучистом теплообмене участвуют лишь поверхностные слои. Газы же имеют объемный характер лучистого теплообмена, то есть в нем участвуют все частицы газа. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА Q0 n QR QA QD ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА В АБСОЛЮТНЫХ ЕДИНИЦАХ Видимое излучение (свет) относится к тепловым лучам, поэтому они подчиняются законам оптики (угол падения равен углу отражения). Тепловой баланс лучистого теплообмена, Вт: QA  QR  QD  Q0 , где Q0 ,QA,QR ,QD соответственно: ● падающий на поверхность лучистый тепловой поток, ● поглощенный поверхностью, ● отраженный от поверхности ● прошедший через нее. (1) ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА В ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ЕДИНИЦАХ Если все составляющие уравнения (1) поделить на величину падающей лучистой энергии, получится тепловой баланс в относительных единицах: , A  R  D 1 где A QA Q Q ;R  R ;D  D  Q0 Q0 Q0 соответственно: поглощательная, отражательная и пропускательная способности тела. (2) АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО При А = 1; R = D = 0 - абсолютно черное тело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию. В природе и технике нет абсолютно черных тел. Все реальные тела – «серые». Моделью абсолютно черного тела является отверстие в полом шаре, внутренняя поверхность которого покрыта нефтяной сажей, что дает поглощательную способность А = 0,95 (см. следующий слайд). МОДЕЛЬ АБСОЛЮТНО ЧЕРНОГО ТЕЛА Сфера Нефтяная сажа Отверстие в шаре Лучистая энергия на входе АБСОЛЮТНО БЕЛОЕ И ПРОЗРАЧНОЕ ТЕЛА При R = 1; A = D = 0 - абсолютно белое (зеркальное) тело, которое отражает всю падающую на него лучистую энергию. В природе и технике нет абсолютно белых тел. При D = 1; A = R = 0 - абсолютно прозрачное (диатермичное) тело. Диатермичными являются одно- и двухатомные газы. Для твердых и жидких тел D = 0, тогда уравнение теплового баланса для них: A  R 1. Лучистый теплообмен – это совокупность процессов излучения, поглощения и пропускания лучистой энергии. Удельный тепловой поток собственного излучения тела называется его собственной излучательной способностью Е, Вт/м2. (3) ЭФФЕКТИВНОЕ И РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЯ E1 E1, A1 E2 A1E2 (1 A1)E2 E1  (1 A1)E2  Eэф E1  A1E2  q рез ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА E1, A1 - излучательная и поглощательная способности тела; E2 - падающая лучистая энергия; A1E2 - поглощенная телом энергия; (1 – A1)E2 - отраженная телом энергия; E1 + (1 – A1)E2 = Eэф - эффективное излучение, которое мы измеряем приборами и ощущаем своими органами чувств; E1 – A1E2 = qрез - результирующий тепловой поток, который может быть положительным, отрицательным и нулевым.