Види променистих потоків
Основні положення променистого теплообміну
Процеси променистого теплообміну набули широкого поширення в теплотехніці, ядерній енергетиці, ракетобудуванні, металургійної промисловості та т. Д.
Теплове випромінювання являє собою процес поширення внутрішньої енергії випромінюючого тіла шляхом електромагнітних хвиль. Електромагнітні коливання (хвилі) характеризуються довжиною хвилі. Електромагнітними хвилями називаються електромагнітні обурення, що йдуть від випромінюючого тіла і поширюються у вакуумі зі швидкістю світла (3 # 903, 10 8 м / с).
При поглинанні електромагнітних хвиль будь-якими іншими тілами, вони знову перетворюються в енергію теплового руху молекул. Випромінювання властиво всім тілам і кожне з них випромінює і поглинає енергію безперервно, якщо температура тіла не дорівнює 0ДО. Зі збільшенням температури енергія тіла збільшується, а, отже, збільшується і його випромінювальна здатність. При цьому змінюється не тільки абсолютна величина цієї енергії, але і спектральний склад, який залежить від довжини хвилі.
Класифікація електромагнітного випромінювання в залежності від довжини
Космічне - 0,05 # 903; 10 -9 мм
# 947;-випромінювання - (0,05 - 0,1) # 903; 10 -9 мм
Рентгенівське - 1 # 903; 10 -9 - 2 # 903; 10 -5 мм
Ультрафіолетове - 2 # 903; 10 -5 -0,4 # 903; 10 -3 мм
Видиме - (0,4 - 0,8) # 903; 10 -3 мм
Теплове - 0,8 # 903; 10 -3 - 0,8 мм
Радіохвилі> 0,2
Природа теплового і світлового випромінювання одна і та ж, тому закони, встановлені для світлового випромінювання справедливі і для теплового випромінювання. Єдність природи світлового і теплового випромінювання дозволяє вивчати закони променистого теплообміну на світових моделях, що спрощує проведення експерименту.
Види променистих потоків
Тіло випромінює теплову енергію у вигляді безперервного (суцільного) або переривчастого спектра по довжинах хвиль.
Енергія випромінювання, що випускається довільній поверхнею в одиницю часу по всіляких напрямках півпростору і відповідна вузькому інтервалу довжин хвиль називається потоком монохроматичноговипромінювання. Сумарне випромінювання з поверхні тіла по всіх довжинах хвиль спектра називається інтегральним потоком випромінювання Q.
Інтегральний потік, що випускається з одиниці поверхні, носить назву поверхневої густини потоку інтегрального випромінювання, Вт / м 2
де dQ - променистий потік, що випромінюється елементарної майданчиком dF. Пн.
Променистий потік з усією поверхні відповідно
Якщо щільність потоку інтегрального випромінювання для всіх елементів поверхні випромінюючого тіла однакова, то
Ставлення щільності променистого потоку, що випускається в нескінченно малому інтервалі довжин хвиль, до величини цього інтервалу довжин хвиль називається спектральної щільністю потоку випромінювання
До важливих понять теорії випромінювання відноситься інтенсивність випромінювання. Інтенсивністю випромінювання називається кількість променевої енергії, що випускається в напрямку кута в одиницю часу елементарної майданчиком в межах одиничного елементарного тілесного кута, віднесене до проекції цього майданчика на площину, ортогональную до напрямку випромінювання. Інтенсивність випромінювання залежить від природи тіла, його температури, довжини хвилі, стану поверхні, а для газів ще від товщини шару і тиску.
Поняття інтенсивності випромінювання може відноситься до окремих видів випромінювання, що розглядаються нижче.
Випромінювання, яке визначається природою даного тіла і його температурою, називається власним випромінюванням (Q, E).
Зазвичай тіло бере участь в променистому теплообміні з іншими тілами. Енергія випромінювання інших тіл, потрапляючи на поверхню даного тіла ззовні, частково поглинається, частково відбивається, а частина її проходить крізь тіло.
Кількість променевої енергії, що падає на дане тіло, називається падаючим потоком (Qпад. Eпад).
Частина падаючої енергії випромінювання, поглиненої даними тілом, називається потоком поглиненого випромінювання (Qпогл. Eпогл). При поглинанні промениста енергія знову перетворюється у внутрішню енергію
де А - коефіцієнт поглинання тіла.
Тіла, які поглинають всю падаючу на них енергію, називаються абсолютно чорними тілами (А = 1). Тіла, для яких спектральна поглинальна здатність не залежить від довжини хвилі, називаються сірими тілами (А≤1).
Частина падаючої енергії, яку поверхню даного тіла відображає назад навколишніх тіл, носить назву відбитого випромінювання (Qотр, Eотр)
При коефіцієнті відбиття R = 1 тіла називають дзеркальними.
Частина падаючої енергії випромінювання, що проходить крізь тіло, називається щільністю потоку випромінювання, що пропускається (Qпроп, Eпроп)
Тіла, які пропускають всю падаючу на них енергію, нічого не поглинаючи і нічого не відбиваючи, називаються прозорими (D = 1).
Сумарна щільність потоків власного і відбитого випромінювання, що випускається поверхнею даного тіла, називається щільністю ефективного випромінювання
Ефективне випромінювання залежить від фізичних властивостей і температури даного тіла, від фізичних властивостей і температури оточуючих його тіл, від форми, розмірів, відносного розташування тіл в просторі.
Спільні процеси взаємного випускання, поглинання, віддзеркалення і пропускання енергії випромінювання різних тіл називаються променистим теплообміном. Променистий теплообмін між тілами визначається потоком результуючого випромінювання.
Результуюче випромінювання являє собою різницю між променистим потоком, одержуваних даних тілом, і променистим потоком, який воно посилає в навколишній простір. Результуючий потік може бути визначений різними способами в залежності від розташування умовної розрахункової поверхні.
За другим способом (О.Е.Власов)
У загальному випадку (Ю.А.Сурінов) визначається різницею зустрічних потоків випромінювання