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
Полоса | Рекомендуемые материалыFREE Маран Программная инженерия Техническое задание -34% ЛЮБАЯ практика в Синергии! -17% Помощь с курсовым проектом по деталям машин *соа | ^НгО МК |
1 | 2.364-3,02 | 2,24+3,27 |
2 | 4,014-4,80 | 4,804-8,50 |
3 | 12,504-16,50 | 12,04-25,0 |
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 еГаэ 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 - впр 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.