Теоретическая часть. Тепловое излучение (лучистый теплообмен) – это процесс передачи энергии путем электромагнитных волн

Тепловое излучение (лучистый теплообмен) – это процесс передачи энергии путем электромагнитных волн. При тепловом излучении происходит двойное превращение энергии – внутренняя энергия излучающего тела переходит в энергию электромагнитного излучения и обратно, лучистая энергия, поглощаясь телом, переходит во внутреннюю.

В природе и технике элементарные процессы передачи теплоты – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение – очень часто происходят совместно.

В основе большей части расчетных соотношений лучистого теплообмена, используемых в технике, лежит закон Стефана-Больцмана, согласно которому полное количество энергии, излучаемое единицей поверхности абсолютно черного тела в единицу времени, пропорционально абсолютной температуре T в четвертой степени [1]

, (1)

где E₀ = q₀ – поверхностная плотность потока интегрального теплового излучения или излучательная способность абсолютно черного тела, Вт/м²; s₀ – постоянная Стефана-Больцмана, s₀ = 5,67×10^-8 Вт/(м²×К⁴); С₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела, С₀ = 5,67 Вт/(м²×К⁴).

Закон Стефана-Больцмана может быть применен к серым телам. В этом случае поверхностная плотность потока интегрального теплового излучения серых тел E может быть определена из соотношения

, (2)

где ε – средняя степень черноты серого тела,

. (3)

Степень черноты характеризует излучательную способность рассматриваемого тела по сравнению с абсолютно черным и зависит от состояния поверхности тела и ее температуры. Значения степени черноты ε для различных тел находится в пределах от 0 до 1 и приводится в справочной литературе [3].

Для определения результирующего потока теплового излучения между телами любой формы при произвольном их расположении в пространстве Q_1,2 может быть использовано следующее расчетное соотношение:

, (4)

где T₁ и T₂ – температуры «горячего» и «холодного» тел, T₁ > T₂; ε_1,2 – приведенная степень черноты рассматриваемой системы; F_1,2 – приведенная площадь поверхности теплообмена рассматриваемой системы.

Зависимости для определения приведенных степени черноты и площади поверхности теплообмена для каждого частного случая (определенная форма тел, расположение тел в пространстве и т.д.) приводятся в справочной литературе [3]. К примеру, если лучистый теплообмен происходит между телом, имеющим температуру T₁ и площадь поверхности F₁, и оболочкой, имеющей температуру T₂ и площадь поверхности F₂, через прозрачную среду при отсутствии экранов, то приведенная степень черноты такой системы определяется по формуле

, (5)

а приведенная площадь поверхности теплообмена рассматриваемой системы F_1,2 принимается равной площади поверхности тела, F_1,2 = F₁.

Поиск по сайту: