20

Центр дистанционного обучения

Процессы и аппараты химической технологии

Лекция №20

ФИО преподавателя: Таран Юлия Александровна

e-mail: taran_yu@mirea.ru

Online-edu.mirea.ru

1 online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Общие понятия

Рис.1. К общим понятиям лучистого теплопереноса: а - к взаимодействию тела с падающим на него лучистым потоком, б - к связи степени черноты и поглощательной способности, в - к понятию об эффективном лучистом потоке

2online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Из полного потока лучистой энергии Q0, падающей на тело (рис. 1 а), часть QА - поглощается, другая, QR,- отражается, третья QD - проходит сквозь тело:

Q0 = QА + QR + QD (а)

Отношение QА/ Q0 = А характеризует поглощательную способность тела, QR/ Q0 = R - отражательную, QD/ Q0 = D - пропускательную; очевидно:

А + R + D = 1. (б)

Каждая из безразмерных величин А, R, D может изменяться от 0 до 1 - при соответствующем изменении других величин, конечно.

3online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Если А = 1 (R = 0, D = 0), то тело поглощает всю падающую на него энергию; тогда оно называется абсолютно черным. Практически хорошо (не строго целиком, разумеется) излучение поглощают шероховатые поверхности (независимо от их цвета).

Если R = 1 (А = О, D = О), то вся падающая на тело энергия отражается; при геометрически "правильном" полном отражении тело называют зеркальным, при диффузном - абсолютно белым. Практически хорошей отражательной способностью обладают гладкие (в особенности - полированные) поверхности - тоже независимо от их цвета.

Если D = 1 (А = О, R = О), то тело абсолютно проницаемо для излучения - прозрачно, диатермично.

Значения А, R и D зависят от природы тела, его температуры и, кроме того, от длины волн излучения. Для теплового излучения (длины волн в диапазоне от 0,4 до 40 мкм) твердые тела и жидкости (исключая очень тонкие их прослойки) практически непрозрачны - атермичны. Здесь

D = О, А + R = 1. (в)

4online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

D = О, А + R = 1. (в)

Из последнего равенства следует, что тела, хорошо поглощающие лучистую энергию, плохо ее отражают (и наоборот). Интенсивность собственного излучения абсолютно черного тела Е0 определяется законом Стефана-Больцмана. Для описания излучения реальных тел вводят понятие о сером теле, собственное излучение которого составляет определенную долю εс (если строго, то для всех длин волн - одинаковую) от излучения абсолютно черного тела. При этом величина εс, называемая степенью черноты, зависит от природы излучающей поверхности, ее состояния, а также в определенной мере и от температуры. Конкретные значения εс приводятся в справочной литературе. С учетом степени черноты поток энергии, излучаемой телом, Е = εс Е0, так что

Е = εс σ0T4, (г)

причем в расчетах лучистого теплопереноса Т - в градусах абсолютной шкалы (К).

5online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Для установления связи εс с характеристиками взаимодействия тела и лучистой энергии рассмотрим (рис. 6.14, б) две параллельные атермичные поверхности, расположенные так близко, что лучистый поток от одной из них обязательно попадает на другую. Пусть при этом одна поверхность абсолютно черная (ее температура Т0), а другая - серая (ее температура Т). Поток лучистой энергии от серой поверхности Е полностью поглощается абсолютно черной поверхностью, для которой по определению А = 1, εс = 1. В то же время часть лучистого потока от абсолютно черной поверхности Е0, попадая на серую поверхность, поглощается ею (А Е0); оставшаяся часть (1 - А) Е0 - отражается (и затем поглощается абсолютно черной поверхностью).

6online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

Если, например, Т > Т0, то для серой поверхности баланс теплоты (в расчете на 1 м2) запишется как разность отдаваемого и поглощаемого потоков:

q ' = Е - А Е0. (д)

Это выражение справедливо при любых значениях Т и Т0 - от этих температур зависят величины лучистых потоков теплоты Е и Е0. В случае Т = Т0 устанавливается тепловое равновесие между телами и q '= О. Тогда А Е0 = Е, так что Е/ Е0 = А. Но это отношение выше было названо степенью черноты; таким образом, εс = А, и в последующем анализе одинаково правомерно оперировать символами εс либо А.

7online.mirea.ru

Центр дистанционного обучения

10 online.mirea.ru