книги / Техническая термодинамика и теплопередача

ния Е, Вт/м2. Она определяется природой данного тела и его

температурой. Это собственное излучение тела.

Насть энергии излучения Ew , падающей на тело (рис. 34), поглощается (ЕА), часть отражается (Ея) и часть проникает

сквозь него (Е0). Таким образом,

Если поверхность поглощает тепловые лучи, но не погло­ щает световые, она не кажется черной. Более того, наше зре­ ние может воспринимать такую поверхность как белую, напри­ мер снег, для которого А = 0,98. Стекло, прозрачное в видимой

части спектра, почти не прозрачно для тепловых лучей (А = 0,94).

Твердые и жидкие тела в большинстве излучают энергию всех длин волн в интервале от 0 до оо, т.е. имеют сплошной

спектр излучения (хотя наибольшее количество энергии ис­ пускается в пределах длин волн от 0,8 до 80 мкм). Чистые (неокисленные) металлы и газы характеризуются выборочным - се­ лективным излучением, т.е. излучают энергию только

определенных длин волн.

В большинстве твердых и жидких тел поглощение тепло­ вых лучей завершается в тонком поверхностном слое, т. е. не зависит от толщины тела. Для этих тел тепловое излучение обычно рассматривается как поверхностное явление. В газе в силу значительно меньшей концентрации молекул процесс лу­ чистого теплообмена носит объемный характер. Коэффициент поглощения газа зависит от размеров («толщины») газового объема и давления газа, т.е. концентрации поглощающих мо­ лекул.

Сумма потоков собственного и отраженного телом излуче­ ния называется его эффективным излучением:

Суммарный процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах тел называется лучистым теплообменом.

Из курса физики известно, что спектральная плотность

потока излучения абсолютно черного тела /0Х/ = dE0 /dX

(в дальнейшем все характеристики абсолютно черного тела бу­ дем записывать с индексом «нуль»), характеризующая интен­ сивность излучения на данной длине волны X,, имеет макси­ мум при определенной длине волны Хи. Величина Хи (мкм)

связана с абсолютной температурой Т тела законом Вина:

Из выражения (8.4) следует, что с ростом температуры максимум излучения смещается в сторону коротких волн. Так, в из­ лучении с поверхности Солнца ( т* 5800 К ) максимум прихо­

К 5(1-/ЦО -A№

2

Рис. 35. Схема лучистого теплообмена между двумя телами

Плотность результирующего теплового потока от первого тела на второе равна

Будем считать, что степень черноты обеих поверхностей не меняется в диапазоне температур от Г, до Т2. Следователь-

называется приведенной степенью чернотысистемы тел. С уче­

том Бпр и выражения (8.14) формула для полного теплового потока записывается в виде

где F — площадь теплообменной поверхности, одинаковая в

нашем случае для обоих тел.

Из (8.15) видно, что епр меняется от нуля до единицы, ос­ таваясь всегда меньше и в,, и е2.

В соответствии с формулой (8.16) полный поток теплоты, передаваемый излучением от горячего тела более холодному, пропорционален поверхности тела, приведенной степени чер­ ноты и разности четвертых степеней абсолютных температур тел.

На практике часто одна теплообменная поверхность пол­ ностью охватывается другой (рис. 36). В отличие от теплооб­ мена между близко расположенными поверхностями с равны­ ми площадями здесь лишь часть излучения поверхности F2 попадает на F,. Остальная энергия воспринимается самой же поверхностью F2. Тепловой поток, передаваемый излучением от внутреннего тела к внешнему, можно также определить

Рис. 36.. Схема лучистого теплообмена между телами в замкнутом пространстве

по (8.16), если вместо F подставить поверхность меньшего тела Fv а степень черноты системы определить по формуле

В случае теплообмена между произвольными телами каж­ дое из них излучает на другое лишь часть энергии, излучае­ мой им по всем направлениям; остальная энергия рассеива­ ется в пространстве или попадает на другие тела. В этом случае в расчетную формулу (8.16) вводится поправочный коэффици­ ент, называемый коэффициентом облученности тела ф 12 и

учитывающий долю излучения первого тела, которая воспри­ нимается вторым телом.

Таким образом, теплообмен между двумя произвольно рас­ положенными телами может быть рассчитан по формуле

Коэффициент облученности называют также угловым ко­ эффициентом излучения. Это чисто геометрический фактор,

зависящий только от формы, размеров тел и их взаимного рас­ положения. Различают коэффициент облученности первым те­ лом второго ф, 2 и коэффициент облученности вторым телом первого ф1>2. При этом ф, = ф2/ 2. Коэффициент облучен­

ности определяется аналитически или экспериментально. Для большинства частных случаев, имеющих место в технике, зна­ чения коэффициентов облученности или соответствующие формулы для их расчета приводятся в справочниках. Если все излучение одного тела попадает на другое, то ц>]2 = 1. Приме­ нительно к рис. 36 ф12= 1, а фг1 = F, / F2.

В приближенных расчетах лучистого теплообмена между двумя произвольно расположенными телами допустимо рас­ считывать по формуле епр= £,62. При 8 ] и е2> 0,8 ошибка таких расчетов меняется от 0 до 20 % при изменении отношения Ft/F2 от 1 до 0. Ошибка возрастает с уменьшением б, или б2.

Контрольные вопросы.

1. Какие основные законы теплового излучения Вы знае-

те?

2.Чем отличается излучение абсолютно черных и серых

тел?

3.Что происходит с лучистой энергией, падающей на по­ верхность твердого тела? Назовите основные характеристики лучистого теплообмена.

4.Как определить тепловой поток между двумя пластина­ ми? Для каких целей применяются экраны?

5.Дайте определение степени черноты тела.