Основные положения лучистого теплообмена.

Лучистый теплообмен – широко распространенный в теплоэнергетике вид передачи теплоты, при котором все тела излучают энергию друг на друга. В результате баланса теплоты, лучистая энергия всегда переносится от тел с более высокой температурой к телам с меньшей температурой.

Излучаемая в единицу времени энергия, которую можно характе­ризовать данным значением длины волн λ, называется потоком моно­хроматического излучения Q_λ. Поток излучения, соответствующий всему спектру, в пределах от нуля до бесконечности, называется инте­гральным, или полным лучистым потоком Q (Вт).

Интегральный или полный лучистый поток, излучаемый с едини­цы поверхности тела по всем направлениям полусферического про­странства, называется плотностью потока интегрального излучения, или излучательной способностью Е (Вт/м²).

Падающий на тело лучистый поток может быть разделен на три части: отраженную, поглощенную и пропущенную. Следовательно: Е₀ = Е_от + E_пог + Е_пр.

Для количественной оценки каж­дой части лучистой энергии вводят следующие понятия.

- Отношение отраженной энергии к энергии, падающей на по­верхность, называют отражательной способностью тела R = E_от / E_о.

- Отношение поглощенной энергии к падающей энергии называ­ют поглощательной способностью тела A = E_пог / E_о.

- Отношение энергии, прошедшей сквозь тело, к падающей энер­гии называют пропускательной способностью тела D = E_пр / E_о.

В соответствии с законом сохранения энергии: R + A + D = 1.

4. Основные законы теплового излучения (Вина, Кирхгофа, Стефана-Больцмана). Степень черноты. Тепловые экраны.

- Закон смещения Вина: с увеличением абсолютной температу­ры максимальная длина волны смещается к области более коротких волн.

- Закон теплового излучения Кирхгофа: чем больше тело излу­чает, тем больше оно и поглощает, или излучательная способность тела прямо пропорциональна поглощательной при той же температуре.

- Закон Стефана-Больцмана для реального тела: излучатель­ная способность реального тела Е зависит от степени черноты тела и пропорциональна четвертой степени ею абсолютной температуры Т.

- Для большинства твердых (серых) тел вместо поглощательной способности оперируют понятием степени черноты реального тела. Степень черноты реального тела ξ — отношение иэлучательной спо­собности данного тела Е к излучательной способности абсолютно чер­ного тела E₀ при той же температуре: ξ = (E/E₀)_T. Степень черноты реального тела б то же самое,
что и поглощательная способность тела: ξ = A.

Для интенсификации лучистого теплообмена необходимо увели­чить температуру излучающего тела и усилить приведенную степень черноты системы. Наоборот, для уменьшения теплообмена необходимо снизить температуру излучающего тела и уменьшить приведенную степень черноты системы. В тех же случаях, когда температуру изме­нить нельзя, для снижения лучистого теплообмена / защиты от излучения применяют тепловые экраны.

В этом случае между горячим 1 и холодным 2 телом ставят тонкостенный эк­ран из непрозрачного вещества. Постановка одного экрана уменьшает при прочих одинаковых условиях количество передаваемой лучистой теплоты в два раза. Постановка n экранов уменьшает количество пере­даваемой лучистой теплоты Q₁₂ в (n +1) раз, т.е. Q₁₂ / (n+1).

Еще больший эффект снижения лучистого теплообмена получает­ся, если применяются экраны с малой степенью черноты. Так, если ме­жду двумя плоскими поверхностями со степенью черноты ξ_п установ­лены n экранов со степенью черноты ξ_э, то

 

Q_э = Q₁₂ / [1 + n · (2 – ξ_э) / (2 – ξ_п) · ξ_п / ξ_э]

 

Следовательно, установка лишь одного экрана со степенью черно­ты ξ_э = 0,2 между поверхностями с ξ = 0,7 дает снижение лучистого потока теплоты Q₁₂ в 6 раз. Применение экранов позволяет использо­вать одновременно в качестве тепловой изоляции и воздушные про­слойки.