11. Теплообмен излучением icon

11. Теплообмен излучением




Скачати 88.92 Kb.
Назва11. Теплообмен излучением
Дата17.02.2014
Розмір88.92 Kb.
ТипДокументи
1. /4 курс/Mенеджмент.doc
2. /4 курс/_стор_я _нженернох д_яльност_.doc
3. /4 курс/Безпека життєд_яльност_.doc
4. /4 курс/Г_дравл_ка, г_дро- та пневмопривод.doc
5. /4 курс/Детал_ машин.pdf
6. /4 курс/Електротехн_ка, електрон_ка _ м_кропроцесорна техн_ка.doc
7. /4 курс/Конструкц_х кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
8. /4 курс/М_кроеконом_ка.rtf
9. /4 курс/Основи еколог_х.doc
10. /4 курс/Основи наукових досл_джень.doc
11. /4 курс/Основи технолог_х виробництва кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
12. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 10c. Кратко.doc
13. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 11c. Кратко.doc
14. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 12c. Кратко.doc
15. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 13с. Кратко.doc
16. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 14с. Кратко.doc
17. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 15с Кратко.doc
18. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко моя.doc
19. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко.doc
20. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 2с. Кратко.doc
21. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 3с. Кратко.doc
22. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 4c. Кратко.doc
23. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 5c. Кратко.doc
24. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 6с. Кратко.doc
25. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 7c. Кратко.doc
26. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 8c. Кратко.doc
27. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 9с. Кратко.doc
28. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Метод. ТОТзаочн.doc
29. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Раб. пр. ТОТ.doc
10. Конвективный теплообмен
Методичні вказівки та індивідуальні завдання
Програма навчальної дисципліни Основи наукових дослiджень та технiка експерименту
Методичні вказівки та контрольні завдання для студентів заочної
Методичні вказівки до виконання індивідуальних робіт з дисципліни «Мікроекономіка» Тематика індивідуальних завдань з дисципліни «Мікроекономіка»
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Конструкції колісних та гусеничних транспортних засобів» для студентів напряму 050503 машинобудування /Укл.: В. К. Сидоренко, О. М. Лосіков. Дніпропетровськ: нметАУ, 2012. 50 с
Методичні вказівки до вивчення дисципліни «Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка», література, пояснення до виконання індивідуальних завдань
Методичні вказівки до вивчення матеріалу кожної теми та наводяться запитання для контролю якості засвоєння тем. Даються методичні вказівки до виконання контрольної роботи, а також варіанти вихідних даних для неї
Методичні вказівки і індивідуальні завдання з дисципліни «Історія інженерної діяльності» для студентів спеціальностей 090202, 090218, 092301
Методичні вказівки до самостійного вивчення тем, передбачених програмою дисципліни «Mенеджмент», завдання до контрольної роботи та методичні вказівки до її виконання
Тема 14. Газообразное топливо и его сжигание
11. Теплообмен излучением
12. Сложный теплообмен
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности
Закон термодинамики
Тема термодинамические процессы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема теплоёмкость газов
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения
Закон термодинамики
6. Теоретические основы теплотехники 1998г
7. Тепловые двигатели
8. Теоретические основы теплотехники 1998г
9. Теплопроводность
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Теоретичні основи теплотехніки" для студентів спеціальностей 090202, 090218
Національна металургійна академія україни

Тема 11. Теоретические основы теплотехники 1998г.


11. Теплообмен излучением


11.1. Основные понятия и

определения

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения в пространстве внутренней энергии излучающего тела путем электро­магнитных волн. Возбудителями этих волн являются материальные частицы, входящие в состав вещества. Для распространения электромагнитных волн не требуется материальной среды, в вакууме они распространяются со скоростью света и характе­ризуются длиной волны или частотой колебаний . При температуре до 1500 0С основная часть энергии соответствует инфракрасному и частично световому излучению (=0,750 мкм).

Следует отметить, что энергия излучения испускается не непрерыв­но, а в виде определенных порций — квантов. Носителями этих пор­ций энергии являются элементарные частицы излучения — фотоны, обладающие энергией, количеством движений и электромагнитной мас­сой. При попадании на другие тела энергия излучения частично погло­щается ими, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию поглощающего тела называется поглощением. Большинство твердых и жидких тел излучают энергию всех длин волн в интервале от 0 до , то есть имеют сплошной спектр излучения. Газы испускают энергию только в определенных интервалах длин волн (селективный спектр излучения). Твердые тела излучают и поглощают энергию поверх­ностью, а газы — объемом.

Излучаемая в единицу времени энергия в узком интервале изменения длин волн (от до +d) называется потоком монохроматического излучения Q. Поток излучения, соответствую­щий всему спектру в пределах от 0 до , называется интегральным, или полным, лучистым потоком Q(Вт). Интегральный лучистый поток, излу­чаемый с единицы поверхности тела по всем направлениям полусфе­рического пространства, называется плотностью интегрального излу­чения (Вт/м2)

. (11.1)

Отсюда

.

Если величина Е одинакова для всех элементов поверхности F, то Q=EF.

Плотность потока монохроматического излучения носит название спектральной интенсивности излучения J,. Она связана с плотностью интегрального излучения уравнением:

, или . (11.2)

Каждое тело не только излучает, но и поглощает лучистую энер­гию. Из всего количества падающей на тело лучистой энергии Eпад (Qпад) часть ее Eпог (Qпог) поглощается, часть Еот (Qот) отражается и часть Eпр (Qпр) проходит сквозь тело. Следовательно,

. (11.3)

Обозначим

, (11.4)

где А — коэффициент поглощения; R — коэффициент отражения, D — коэффициент пропускания. Тогда А+R+D=1.

Если тело поглощает все падающие на него лучи, то есть A=1, R=О, D=0, оно называется абсолютно черным. Если вся падающая на тело энергия отражается, то R=1, А=О, D=0. Если при этом отражение подчиняется законам геометрической оптики, тело назы­вается зеркальным; при диффузном отражении, когда отраженная лу­чистая энергия рассеивается по всем направлениям, — абсолютно белым. Если D=1, то A=0 и R=0. Такое тело пропускает все падающие на него лучи и называется абсолютно прозрачным. В при­роде абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует.

Участвующее в лучистом теплообмене тело, помимо собственного излучения Е, определяемого свойствами излучающего тела и темпера­турой, отражает падающую на него энергию, т. е.

. (11.5)

Сумма энергии собственного и отражательного излучения составляет эффективное излучение тела

. (11.6)

При расчете лучистого теплообмена между телами большое значение имеет результирующее излучение, представляющее собой разность между лучистым потоком, получаемым телом, и лучистым потоком, который оно испускает в окружающее пространство. Для определения плотности потока результирующего излуче­ния qр полагая коэффициент пропускания тела равным нулю составим уравнение баланса энергии, проходящей через плоскости а—а и b—b, одна из которых расположена внутри, а дру­гая снаружи тела вблизи его поверхнос­ти (рис. 11.1). Для плоскости а—а

; (11.7)

для плоскости b—b

. (11.8)

Заметим, что величина qр может быть положительной, отрицатель­ной и равной нулю. Определим зависимость между результирующим и эффективным излучением. Из (11.8)

, (11.9)

из (11.7)

. (11.10)

Подставив выражение для Eпад в уравнение (11.9), получаем

. (11.11)

Полученное уравнение широко используется при расчете лучистого теплообмена между телами.


11.2. Законы теплового излучения

Закон Планка устанавливает зависимость спектральной интенсив­ности излучения абсолютно черного тела Jo от длины волны и темпе­ратуры:

, (11.12)

где — длина волны излучения, м; Т — температура излучающего тела, К; c1=3,7410-16 Втм2; c2=1,4410-2 мК; e – основание натуральных логарифмов.

Анализ выражения (11.12) показывает, что при =0 и = Jo=0, а при некотором промежуточном значении - имеет максимум. Для всех длин волн интенсивность излучения тем выше, чем выше температура. Максимумы кривых с повышением тем­пературы смещаются в сторону более коротких волн.

Закон Стефана — Больцмана. Плотность потока собственного ин­тегрального излучения абсолютно черного тела можно найти на осно­вании закона Планка как суммарную энергию излучения тела по всем длинам волн

. (11.13)

В результате интегрирования найдём

, (11.14)

где с0=5,67 Вт/(м2К4) — коэффициент излучения абсолютно черного тела. Индекс «О» указывает на то, что рассматривается излучение аб­солютно черного тела. Этот закон опытным путем найден Стефаном и теоретически обоснован Больцманом задолго установления закона Планка.

Спектры излучения реальных тел отличны от спектра излучения абсолютно черного тела. При этом спектральная интен­сивность излучения тела на любой длине волны никогда не превышает соответствующую спектральную интенсивность излучения абсолютно черного тела. В случае селективного спектра излучения на некоторых участках длин волн интенсивность излучения равна нулю. Частным случаем реальных тел являются серые тела, спектр излучения которых подобен спектру излучения абсолютно черного тела. Интенсивность излучения для каждой длины волны серого тела J составляет одну и ту же долю интенсивности излучения черного тела J0, то есть

. (11.15)

Здесь величина — степень черноты тела, зависящая от физических свойств тела, но всегда <1. Большинство реальных тел с определенной степенью точности можно считать серыми. Закон Стефана — Больц­мана для серого тела с учетом выражения (11.15)имеет вид:

, (11.16)

где с — коэффициент излучения серого тела.

Закон Кирхгофа. Рассмотрим две параллельные поверхности, одна из которых абсолютно черная с температурой Т0, вторая серая с тем­пературой Т и поглощающей способностью A. Расстояние между поверхностями настолько близко, что испуска­емые каждой поверхностью лучи обязательно попадают на противоположную. Серая стенка излучает энергию Е и поглощает часть излучае­мой черным телом энергии АE0. Излучаемая се­рым телом энергия Е и отраженная им энергия (1—А)E0 попадают на черное тело и поглоща­ются им.

Результирующее излучение серого тела qр=Е—АE0. При Т0=Т, qр=0, отсюда

. (11.17)

Итак, отношение излучающей способности серого тела к его поглощающей способности при температурном равновесии не зависит от природы тела и равно энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Этот закон справедлив и для монохроматического излучения:

. (11.18)

Здесь А поглощающая способность в узком интервале длин волн. Следовательно, тело, излучающее энергию при какой-либо длине волны, способно поглощать ее при этой же длине волны. На ос­новании равенства (11.17) можно записать Е=АE0. Однако по (11.16) Е=E0. Таким образом, из закона Кирхгофа также следует, что поглощающая способность серого тела численно равна степени его черноты, то есть А=.

Закон Ламберта. Опре­деляет изменение энергии излучения по отдельным направлениям. Согласно этому закону, поток излучения абсолютно черного тела в данном направлении, характеризуемый ве­личиной J, пропорционален потоку излучения в направлении нормали к поверхности Jн и косинусу угла между ними, то есть

. (11.19)


11.3. Теплообмен излучением между телами, разделёнными прозрачной средой

На основании закона лучистого теплообмена можно вывести расчет­ные уравнения для лучистого теплообмена между твердыми телами. Рассмотрим теплообмен излучением между двумя параллельными пластинами (серыми телами) неограниченных размеров, разделенными прозрачной средой. Для каждой поверхности заданы постоянные во времени температуры Т1 и Т212), поглощающие способности тел А1 и А2. Выведем формулу для определения количества теплоты q12, передаваемой от первой пластины ко второй. Падающий на первую пластину лучистый поток равен эффективному излучению второй пластины Еэф2. Тогда плотность потока результирующего излучения

. (11.20)

В свою очередь

; .

При установившемся режиме результирующие потоки для первой и второй пластин одинаковы по величине и противоположны по знаку, т. е. q12=—q21. Подставив значения эффективных излучений в урав­нение (11.22), получаем

.

Отсюда



Согласно законам Кирхгофа и Стефана—Больцмана,

.

Окончательно

, (11.21)

где



называют приведенной поглощающей способностью системы.


11.4. Излучение газов

Одно- и двухатомные газы практически прозрачны для теплового излучения. Значительной излучающей и поглощающей способ­ностью, имеющей практическое значение, обладают трех- и многоатом­ные газы. Для теплотехнических расчетов наибольший интерес представ­ляют углекислый газ и водяной пар, образующийся при горении топ­лива. В отличие от твердых тел, имеющих в большинстве сплошные спектры излучения, газы излучают энергию лишь в определенных ин­тервалах длин волн , называемых полосами спектра. Для лучей других длин волн вне этих полос газы прозрачны, и их энергия излу­чения равна нулю. Таким образом, излучение и поглощение газов имеют избирательный характер. Если поглощение и излучение энер­гии в твердых телах происходят в тонком поверхностном слое, то газы излучают и поглощают энергию во всем объеме. Количество поглощае­мой газом энергии зависит от числа находящихся в данном объеме микрочастиц газа. Последнее пропорционально толщине газового слоя, характеризуемой длиной пути луча l, парциальному давлению газа р и его температуре Т. Следовательно,

. (11.22)

Тогда в соответствии с законом Кирхгофа

. (11.23)

Для каждой полосы спектра

.

Плотность интегрального излучения газовой среды определится суммой их значений для отдельных полос, то есть

.

Плотность интегрального излучения для двуокиси углерода и во­дяного пара по опытным данным:



Отсюда следует, что законы излучения газов значительно откло­няются от закона Стефана — Больцмана. Однако в основу практи­ческих расчетов излучения газов положен именно этот закон. В итоге плотность интегрального излучения с поверхности газового слоя опре­деляется уравнением

, (11.24)

где г — степень черноты газового слоя, зависящая от температуры, давления и толщины слоя газа. Для Н2О и СО2 значения г приводятся в виде номограмм, удобных для практических расчетов. Степень черноты газовых смесей определится как сумма степеней черноты отдель­ных компонентов. Плотность лучистого потока, передаваемого от газа к окружающим его стенкам (оболочке), вычисляется по уравнению

, (11.25)

где г — степень черноты газа при температуре газа Тг; Аг поглощающая способность газа при температуре оболочки Тст; — эффективная степень черноты оболочки.

Схожі:

11. Теплообмен излучением iconГосударственный стандарт союза сср единая система конструкторской документации обозначения условные графические в схемах генераторы и усилители квантовые гост 746-68 издательство стандартов москва государственный стандарт союза сср
Примечание к пп. 1 и Допускается рядом с обозначением квантового устройства или в его обозначении указывать частоту, длину волны,...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи