Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Закономерности лучистого теплообмена
8.1.1. Понятие лучистой энергии Лучистый теплообмен – самый распространенный в природе процесс переноса теплоты. Исключительная роль принадлежит этому виду теплообмена в развитии флоры и фауны на нашей планете и эволюции Вселенной. Расчет лучистых потоков проводится в камерах сгорания энергетических установок и в системах теплоснабжения ряда объектов сельскохозяйственного производства. Тепловое излучение – это процесс распространения части внутренней энергии излучающего тела посредством электромагнитных волн со скоростью около 300 000 км/ч. Возбудителями электромагнитных волн являются заряженные материальные частицы. Излучение обладает не только волновыми, но и курпускулярными свойствами. Курпускулярность состоит в том, что лучистая энергия испускается и поглащается телами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями – квантами или ф о т о н а м и. Испускаемый фотон это частица материи, обладающая знергией и электромагнитной массой. Большинство твердых и жидких тел создает непрерывный спектр длин волн в диапазоне λ = 0 … ∞., из которого существенным в теплообмене считаесся инфракрасный (λ = (0,8 ·10-6...0,8 ·10-3) м Теплообмен лучистой энергией. между телами системы или системами называют лучистым теплообменом. Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое тело излучает и поглощает энергию при любой температуре, даже близкой к абсолютному нулю. Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности. Непрозрачные твердые тела и жидкости поглощают и излучают энергию своей поверхностью; полупрозрачные тела, а также газы и пары характеризуются объемным характером излучения. Энергия излучения, испускаемая произвольной поверхностью в единицу времени по всевозможным направлениям и по всем длинам волн спектра, называется полным лучистым потоком. Полный, или интегральный, лучистый поток обозначается через Φ, за единицу лучистого потока принят ватт. Интегральный лучистый поток, испускаемый с единицы поверхности, носит название излучательной способности тела: Е = , (8.1) где Е – излучательная способность тела. В диапазоне длин волн от λ до λ+ dλ излучается энергия d Eλ. Отношение излучательной способности тела в бесконечно малом интервале длин волн к величине этого интервала носит название с п е к-т р а л ь н о й интенсивности излучения.
Спектральная интенсивность обозначается через Iλ, за единицу принят Вт/м3. Из определения следует: (8.2) Каждое тело способно не только излучать, но и поглощать лучистую энергию; при этом некоторое количество лучистого потока может отражаться от тела, а некоторое – проходить сквозь него. Пусть из падающего на тело лучистого потока Ф часть поглощается (ФА), часть отражается (ФR), а некоторое количество (ФD) проходит сквозь тело (рис. 8.1), тогда Ф=ФA+ФR+ФD. Разделим равенство на Ф и, обозначив ФA/Ф =А; ФR/Ф =R; ФD/Ф=D, получим: A + R + D = 1. Величины A, R и D характеризуют, соответственно, поглощательную, отражательную и пропускательную способности тела и называются к о э ф ф и ц и е н т а м и п о г л о щ е- н и я, о т р а ж е н и я и п р о з р а ч н о с т и. Рассматриваются три предельных случая: а) A = 1 (R = 0; D = 0) – вся падающая на тело лучистая энергия поглощается; такое тело называется а б с о л ю т н о ч е р н ы м; Рис. 8.1 б) R = 1 (A = 0; D = 0) – лучистая энергия полностью отражается от тела; в этом случае тело называется а б с о л ю т н о б е л ы м; в) D = 1 (A = 0; R= 0) – лучистый поток весь проникает через тло; такое тело называют а б с о л ю т н о п р о з р а ч н ы м. Величины A, R и D зависят от природы тела, его температуры и длины волны теплового излучения.
8.1.2 Законы теплового излучения Излучение абсолютно черного тела подчиненопростым и строгим законами, которые с соответствующими поправками используются для расчетных формул лучистого теплообмена между телами. Закон Планка. Согласно закону Планка, спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела I0λ является функцией абсолютной температуры T и длины волны излучения λ. Планк теоретически, исходя из квантовой природы лучистой энергии, установил следующую закономерность: , (8.3) где c1 – первая постоянная Планка, c1 = 3,74 × 10-16, Вт·м2 ; c2 – вторая постоянная Планка, c2 = 1,44 × 10-2, м × К; λ – длина волны; T – температура; e – основание натуральных логарифмов. На рис. 8.2 приведены кривые, изображающие зависимость спектральной интенсивности излучения от длины волны при разных температурах. Особенность этих кривых состоит в том, что с ростом температуры
интенсивность излучения вначале увеличивается, а затем падает. При одной и той же длине волны более высокой температуре соответствует и большее значение интенсивности излучения. Согласно закону смещения (закон Вина), максимум излучения с ростом температуры смещается в область более коротких волн. Длину волны, при которой будет максимальная интенсивность излучения при заданной температуре, можно опреде- Рис. 8.2 лить по формуле: , (8.4) где с3 – постоянная Вина, с3 = 2,9 × 10-6, м × К; λ – длина волны; Т – температура. Закон Стефана - Больцмана. Этот закон устанавливает связь излучательной способности абсолютно черного тела с температурой. В 1879 г. чешский ученый И.Стефан экспериментально, а в 1884 г. австрийский физик Л. Больцман теоретически установили закономерность: , (8.5) где Е 0 – излучательная способность абсолютно черного тела; с 0 – постоянная Стефана-Больцмана, с0 = 5,67 Вт/(м2 × К4); Т – температура излучаемого тела. Закон Стефана-Больцмана может быть применен к серым телам. В этом случае используется положение о том, что у серых тел так же, как и у черных, собственное излучение пропорционально абсолютной температуре в четвертой степени, но излучательная способность серых тел меньше, чем у абсолютно черных. Для серых тел этот закон записывается в виде: Е = ε с0 . (8.6) Из сравнения уравнений (8.5) и (8.6) при одинаковой температуре получим: . (8.7) Величину ε называют степенью черноты тела. Численно степень черноты какого-либо тела равна отношению его излучательной способности к излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре. Степень черноты зависит от физических свойств тела, и для серых тел она всегда меньше единицы. Закон Кирхгофа. Излучательная и поглощательная способности тел однозначно связаны, и эта связь составляет содержание закона Кирхгофа. Согласно закону Кирхгофа, отношение излучательной способности к поглощательной при одной и той же температуре является величиной постоянной и равно излучательной способности абсолютно черного тела. Математически этот закон записывается так: (8.8) Из уравнения (8.8) просто получить соотношение откуда ε1 = А1; ε2 = А2; ε = А, т.е. степень черноты тела равна его поглощательной способности. Из закона Кирхгофа следует, что чем выше степень черноты тела, тем выше его поглощательная и излучательная способности. Закон Ламберта. Закон Ламберта устанавливает зависимость излучаемой энергии от направления излучения. Согласно закону Ламберта, излучательная способность абсолютно черного тела в данном направлении равна произведению излучательной способности этого тела в направлении нормали к поверхности на косинус угла между направлениями Е0φ = Е0п cos φ, где E0φ и E0п – излучательная способность в направлении, определяемом углом φ и в направлении нормали к поверхности, соответственно; φ – угол между направлениями потоков. Так как излучательная способность абсолютно черного тела в направлении нормали в π = 3,14 раз меньше суммарной излучательной способности по всем направлениям (см. [4]), то для серых тел . (8.9) Закон Ламберта справедлив для абсолютно черного тела и для серых шероховатых тел при φ = 0... 60о.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-23; просмотров: 191; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.200.65.174 (0.01 с.) |