Лучистый теплообмен между телами, разделенными

Прозрачной средой

 

При теплообмене излучением между телами необходимо учитывать результирующий эффект излучательной и поглощательной способностей этих тел. Плотность результирующего лучистого теплового потока между телами обозначают через и измеряют в (Вт/м²). Величина между твердыми телами зависит от их материала, температуры, взаимного расположения, от свойств среды, находящейся между телами.

Рассмотрим лучистый теплообмен между плоскими параллельными стенками, площади поверхностей которых достаточно велики по сравнению с расстоянием между ними, рис.8.3. Среда между стенками абсолютно прозрачна, прозрачность же стенок нулевая, т.е. D = 0.

Стенки характеризуются величинами E₁, A₁, T₁ и E₂, A₂, T₂, соответственно. Излучение каждой стенки частично поглощается соседней стенкой, частично ею отражается, причем этот процесс многократно повторяется и имеет затухающий характер. Определим q_л при условии Т₁ > Т₂. Если от первой стенки на вторую поступает количество энергии Е₁, то часть ее (Е₁А₂) поглотится второй стенкой, а отразится и направится к первой стенке величина: Е₁- Е₁А₂=Е₁(1-А₂). Точно такое же рассуждение можно привести относительно излучения второй стенки. Тогда тепловой поток между стенками при однократном отражении будет равен:

Рис.8.3

Используя закон Стефана-Больцмана и учитывая, что А₁=ε₁ и А₂=ε_2,

получим:

, (8.10)

где ε _пр – приведенная степень черноты стенок, ε _пр = ε ₁ε ₂.

При учете многократного отражения и поглощения энергии стенками величина приведенной степени черноты стенок получается равной:

. (8.11)

Уравнение (8.10) используется и при вычислении плотности лучистого теплового потока между телами, когда одно тело окружено другим, рис. 8.4.

При Т₁>Т₂ и F₂>F₁ приведенная степень черноты будет иметь вид:

.

С уменьшением поверхности внутреннего тела (F₁), плотность лучистого теплового потока возрастает. Это объясняется тем, что на поверхность тела 1 будет попадать все меньшая доля лучистой энергии тела 2.

Расчетная формула для оценки лучистого теплового потока между поверхностями, произ- Рис. 8.4

вольно расположенными в пространстве, рис. 8.5, выводится на основе закона Ламберта:

, (8.12)

где ε_пр – приведенная степень черноты, ε_пр = ε₁ ε₂ ;

– средний угловой коэффициент, который выражается формулой:

.

Значение углового коэффициента определяется графическим, аналитическим или экспериментальным путем. Для наиболее важных случаев лучистого теплообмена значения этих коэффициентов приводятся в справочной литературе, [12].

С целью уменьшения лучистого теплового потока от одной излучающей поверхности к другой, между ними устанавливаются экраны, изготовляемые из тонкостенного непрозрачного материала.

Экран, имеющий , уменьшает плотность теплового потока между телами в два раза, а при установке п экранов – в (п + 1) раз.

При вычислении теплового потока между почвой и поверхностью ограждения теплиц без технического обогрева может быть использовано выражение (8.12), где величины, относящиеся к поверхности почвы, соответствуют индексу «1», а к ограждению – «2».

Теплообмен излучением между животными и ограждениями помещения недостаточно изу-

чен. Приближенная оценка лучистого теплового

Рис. 8.5 потока некоторых задач данного теплообмена

рассмотрена в [3].