Излучение газов и паров

§ 13. 6. Излучение газов и паров

Газы, в молекулах которых содержатся один или два одинаковых атома, полностью прозрачны для электро­магнитного излучения при температурах ниже 10 000°К. Лишь многоатомные газы, имеющие несимметричные мо­лекулы, обладают способностью к поглощению (а следо­вательно, и к излучению) электромагнитной энергии. Это такие газы, как водяной пар, углекислота, окись углеро­да, двуокись серы, аммиак, хлористый водород, углево­дороды.

Наиболее важное значение для техники имеет излу­чение водяного пара и углекислоты, которые всегда со­держатся в продуктах сгорания. В отличие от твердых тел газы излучают и поглощают энергию не при любой длине волны, а лишь в пределах нескольких узких диапа­зонов волн, называемых полосами излучения (поглоще-

269

ния). Такое излучение называется избирательным, или селективным.

Полосы излучения (и поглощения) для паров Н₂0 и С0₂ (табл. 13.2) лежат в невидимой (инфракрасной) части спектра.

Таблица 13.2

Полосы излучения (н поглощения) для паров Н₂0 и С0₂

Проходя через слой поглощающего газа, интенсив­ность лучистого потока падает постепенно, в зависимости от концентраций С0₂ и Н₂0, которые учитывают парци­альным давлением, и в зависимости от толщины слоя газа. Следовательно, второе отличие излучения газа от излучения твердого тела состоит в том, что твердое тело излучает (поглощает) энергию только поверхностью, газ — всем объемом.

Как селективный излучатель газ не подчиняется зако­нам Планка и Стефана — Больцмана. Несмотря на это, излучение газообразного тела выражают такой же фор­мулой, как и для твердых серых тел:

Однако в этом случае степень черноты газа е_Гаэ зави­сит от температуры газа, а также от его парциального давления и толщины газового слоя и находится по специ­альным графикам. Экспериментальные исследования из­лучения углекислоты и водяного пара показали, что энер­гия излучения С0₂ пропорциональна степени 3,5, а водя­ных паров — третьей степени абсолютной температуры.

При радиационном теплообмене между газом и серой стенкой часть тепла, отраженного стенкой вновь, прони­кает в газ и там частично поглощается, а частично прохо­дит через газ, достигая другой стенки. Результирующий тепловой поток выражается формулой

где £_Эф==^{5ст +1} — эффективная степень черноты системы ²      газ —стенка.

270

ПРИМЕР

13.1. Две плоские поверхности [одна — из динасовОго кирп (е=0,97)] поддерживаются при температурах: кирпичная 7Л = 1273 стальная — 7*2=640° К- Расстояние ^ между поверхностями мало сравнению с их высотой и шириной.

Найти величину лучистого теплового потока, отнесенного к е ннце поверхности.

Решение. Расчетная зависимость для этого случая имеет е

О - в_пр 5,7

Т, 4

100

100

Найдем

1

= 0,78.

0,8   0,97

-1

Теперь, подставляя известные величины в расчетную форм) получим

Г/1273,«     /640 уИ

= 109000 emjjfi.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем физически отличается процесс теплоотдачи излучен) от теплообмена конвекцией и теплопроводности?

2. Вспомните, что называется отражательной, поглощателы-пропускательной способностью тела?

3. Какая разница между зеркальным и диффузным отражена

4. В каком случае тело называется абсолютно черным, абсолю белым, абсолютно прозрачным?

5. Что устанавливает закон Стефлна—Больцмана?

6. В чем сущность закона Кирхгофа?

7. Вспомните названия газов, принимающих участие в нзлуче! (и поглощении) тепловой энергии.

Рекомендуем посмотреть лекцию "35 СССР в 50-60-е годы".

8. Каковы различия между излучением твердых тел и изл> кием газов?

ЛИТЕРАТУРА

1. By калов и ч М- П., Новиков И. И., Техническая тер динамика, Госэнергоиздат, 1962.

2. Фабрикант Н. Я., Аэродинамика, Общий курс, «Наук 1964.

3. Исаченко В. П., О с и п о в а В. А., С у к о м е л А. С, Т лопередача, «Энергия», 1965.

4. Д и м е н т о в а А. А., Р е к с т и и Ф. С, Рябов В. А., Таб цы газодинамических функций, «Машиностроение», 1966.