ГР 34 ТМ - Ф ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ І ТЕПЛОТЕХНІКИ ТЕМА Променевий теплообмін

 

Променевий теплообмін

Особливістю теплообміну випромінюванням є те, що такий теплообмін не потребує безпосереднього контакту тіл. Випромінювання розглядається як процес розповсюдження електромагнітних хвиль, які тіло випромінює. Теплове випромінювання є результатом перетворення внутрішньої енергії тіл в енергію електромагнітних хвиль. При будь-якій температурі всі тіла випромінюють хвилі різної довжини . Теплові властивості мають хвилі довжиною 0,4 - 80 мкм. Теплове випромінювання складається із видимої ділянки спектру (0,4-0,8 мкм) і інфрачервоної (0,8-800 мкм). В області температур до 2000°С основну роль в теплообміні відіграють інфрачервоні хвилі. При однакових або різних температурах між тілами, які розміщені довільно в просторі, існує неперервний теплообмін випромінюванням. Спектр випромінювання більшості твердих і рідких тіл неперервний, а спектр випромінювання газів має лінійний характер, тобто гази випромінюють промені на всіх довжинах хвиль. Таке випромінювання називають селективним (вибірковим). Випромінювання газів носить об’ємний характер. У випромінювані твердих тіл беруть участь не лише поверхневі частинки, а і тонкий шар певної товщини. Сумарне випромінювання з поверхні тіла у всіх напрямках напівсферичного простору і на всіх в довжинах хвиль спектра називається інтегральним випромінюванням.

Більшість тіл випромінюють енергію всього спектру, інертні гази і пари мають дискретний спектр. При попаданні електромагнітних хвиль на інше тіло їх енергія частково поглинається ними, перетворюючись знову у внутрішню енергію. Так         здійснюється    променевий        теплообмін       між тілами.     В теплотехніці привертають увагу хвилі інфрачервоного діапазону, який        знаходиться     в       межах       (0,8 < λ < 80 мкм)     –        теплового випромінювання.

Тепловий потік, що випромінюється на всіх λ із одиниці поверхні у всіх напрямках називається поверхневою густиною

потоку інтегрального випромінювання ^_E, ^Вт₂ ^_.

                                                                                                                      м 

Загальний потік променевої енергії описують рівнянням:

 

Рис. 5.14. Розподіл енергії випромінювання, що падає на тіло

E

^A A – коефіцієнт поглинання;

E

E

^R R – коефіцієнт відбивання;

E

E

^D D – коефіцієнт пропускання. E

 

A+R+D=1 – рівняння теплового балансу         (5.62)

 

Розглянемо три окремих випадки:

–            коли А = 1; R=D = 0 – маємо абсолютно чорне тіло;

–            у випадку R=1; А = 0; D = 0 – тоді це буде абсолютно біле тіло (зеркальне).

–            якщо D = 0, А = R = 1, то маємо справу з абсолютно прозорим тілом, або діатермічним.

Коли 0 < 1< А – сіре тіло, для прикладу, скло має А = 0,94, а для білого снігу А становить 0,98, бо теплове проміння не видиме.

До абсолютно дзеркальних тіл в деякому наближенні відносяться поліровані метали. Тому не слід ототожнювати діапазон видимого випромінювання з тепловим. Якщо поверхня правильно відбиває промені (тобто відбивання відповідає законам геометричної оптики), то таку поверхню називають дзеркальною. Якщо падаюче проміння при відбиванні розщеплюється на багато променів, які поширюються у різні напрямки, то таке відбивання називається дифузійним.