Теплообмен излучением между телами

При определении количества тепла, переданного излучением между телами необходимо учитывать их коэффициенты теплового излучения, температуры, размеры, формы, взаимное расположение и расстояние между ними.

Возьмем две серые пластины, размеры которых значительно превышают расстояние между ними. Установив их параллельно, исследуем лучистый теплообмен между двумя пластинами, разделенными прозрачной средой. Тепловой поток в данном случае определяется следующим уравнением:

(7.6)

где F – площадь теплообменной поверхности.

Рис. 7.2. Схема лучистого теплообмена между двумя телами

 

Приведенный коэффициент излучения системы тел:

(7.7)

где - коэффициенты теплового излучения первой и второй пластин.

Таким образом, приведенный коэффициент излучения системы тел может принимать значения ε_пр =0÷1, оставаясь всегда меньше ε ₁ и ε ₂. В соответствии с формулой (7.6) полный тепловой поток, передаваемый излучением от горячего тела к более холодному, пропорционален поверхности тел, приведенному коэффициенту теплового излучения системы и разности четвертых степеней абсолютных температур тел.

Контрольные задания

Задача 1. Определить собственную излучательную способность стенки летательного аппарата с коэффициентом излучения С, если температура излучательной поверхности стенки t_ст. Найти коэффициент теплового излучения стенки и длину волны, отвечающую максимуму интенсивности излучения.

Таблица 7.1

Вариант
С, Вт/(м^2∙K^4)	4,53	4,63	4,73	4,83	4,43	4,33
tст, ^°С

 

Задача 2. Определить плотность теплового потока, передаваемого излучением, от стальной окисленной стенки с температурой t₁ на параллельную стальную листовую стенку с температурой t₂ =50 °C. Вычислить излучательную способность стальной окисленной стенки.

Таблица 7.2

Вариант
t1, ^°С

Вопросы

1. Лучистый теплообмен. Зависимость длины волны от частоты колебаний.

2. Абсолютно белое, абсолютно черное, абсолютно прозрачное тело.

3. Влияние цвета тела на поглощение и отражение тепловых лучей.

4. Закон Кирхгофа. Закон Планка. Закон Вина.

5. Закон Стефана-Больцмана.

6. Лучистый теплообмен между параллельными пластинами.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Описание установки

Основными элементами установки являются модель абсолютно черного тела 1, промежуточная камера 2 и приемник излучения 3 (рис. 7.3). Нагрев модели черного тела осуществляется с помощью нихромового нагревателя 4. Количество электрической энергии, подведенной к нагревателю, измеряется вольтметром 5, амперметром 6 и регулируется автотрансформатором 7.

Температура донышка черного тела измеряется хромель-алюмелевой термопарой 8. ЭДС, развиваемая термопарой, регистрируется гальванометром 9, по которой определяется разность температур между моделью абсолютно черного тела и окружающей средой. Потоки теплового излучения, исходящие от модели горячего черного тела, проходят через промежуточную камеру с диафрагмами и попадают на линзу 10, которая фокусирует их на термоприемник. Термоприемник состоит из десяти хромель-капелевых термопар, соединенных последовательно. ЭДС, развиваемая термоприемником, регистрируется потенциометром 11.

 

 

Рис. 7.3. Схема экспериментальной установки

Порядок проведения опытов

Включить нагреватель модели абсолютно черного тела. Установить силу тока и напряжение в нагревателе при помощи автотрансформатора.

После наступления стационарного режима, который характеризуется постоянством показаний гальванометра и потенциометра, записать показания всех приборов в таблицу опытных данных (табл. 7.3).

Таблица 7.3

№ режима	I, A	U, B	α, мВ	∆t, °C	tокр, °C

Здесь I – показания амперметра, А; U – показания вольтметра, В; α – ЭДС, развиваемая термоприемником, мВ; ∆t – показания гальванометра, °C; t_окр – температура окружающей среды, °C.

Измерения следует проводить при двух различных режимах работы установки.

По окончании опытов выключить нагреватель.