Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1062552), страница 68
Текст из файла (страница 68)
н экранов: Чв = ЧО/(н+ 1) Таким образом, при наличии п экранов результирующий тепловой поток на приемник излучения уменьшается в и + 1 раз. 2. Коэффициент излучения обеих поверхностей тел равен по- прежнему С1, а коэффициент излучения поверхностей экрана равен С,. Тогда при отсутствии экрана приведенный коэффициент излучения системы двух тел Сл 1 1/С1 + 1/С вЂ” 1/Со ' а результирующий тепловой поток от тела ! на тело г ЧО = Скр [(Тг/100) — (Тз/100) ]. Введение в систему экрана изменит приведенный коэффициент излучения системы: 1 1/С! + 1/С, — 1/Се ' а тепловой лучистый поток между телом и экраном яг = Сер! [(Т1/100) -(Т,/100) ] = Сарг [(7э/100) -(Тз/100) ].
Температура экрана, как и в первом случае, будет (Т,/100)' = — [(Т,/100>'+ (Т,/100)'], ввв а тепловой поток йв 1бб Таким образом, Й 1 Свв1 1 еир1 йе 2 Свр 2 евр Следовательно, результирующий тепловой поток зависит не только от количества экранов, как было показано выше, но и от соотношения между оптическими свойствами излучающих поверхностей и экрана. Последнее количественно определяется соотношением прнведенной поглощательной способности (степени черноты) источника и дриемннка излучения к приведенной поглошательной способности экрана.
Расстояние до экрана от излучающих поверхностей для определения лучистого теплообмена значения не имеет. Пля расчета полного теплового потока необходимо учесть как перенос теплоты теплопроводностью, так н конвективный теплообмен в среде, заполняющей объем между экраном и излучающими телами. 1Х.34. Радиаиионный теплообмен между произвольно расположенными элементами поверхностей нагрева Как правило, тела, которые обмениваются лучистой энергией, расположены в пространстве одно относительно другого произвольно. В этом случае можно выделить на поверхности каждого тела несколько характерных элементов н рассмотреть тепловое взанмодействяе между ними.
Пусть д Г1 н ИГз — произвольно расположенные в пространстве элементы поверхностей, имеющих температуры соответственно Т1 и Тз (рис. 1Х.12). Поглощательная способность этих элементов А1 я Аз, коэффициенты излучения С1 = е1Св = А1Св н Сз = езСе = АзСв Расстояние между центрами элементов г, а углы между г и нормалями к плоскостям элементов у1 и уз. Тогда угол видения дГ1 из ИГз йй = дГз сов уз/г~. Энергия, диффузно излучаемвл элементом дГ1 на ИГз, может быть определена по закону Ламберта (1Х.10): Рис. 7Х.13. К выводу формулы лла утлового коэффициента 1 $Ц1 — Г1 аГ1 Ж1 сов 91 я 491 = С1 — з дГ1 дГг. Энергия, поглощенная элементом дГз, до~1-1 = Агй~1 = — ~~ — ) ~ С1СЗ 1/ Т1 ~~1 сов1в1 сов1рэ дГ1 дГз. Се ~~1ОО) 1 Полагая, что степень черноты элементов' поверхности высока, энергию излучения второго тела на первое, поглощенную нм, найдем так: Таким образом, количество теплоты, которой обмйннваются элементы поверхности, составляет зве яву или д = С, (Т,/100)' Г1, откуда р12Г1 = ЮиГ2.
Г12 = ~~1 2 «Гг 'РйГ1' = уйвГв~ Юв1 = Вв/Яв ° (1Х.18) уи = Ч12/й' ри = Ч21/Яг. ввв С1С2 Т1 Т4 соз~р1 соя уз м Сере 2 дГ1 дГ2 (1Х 16) где Севе С1С2/Се Проинтегрировав уравнение (И.16) по Г1 и Гг, получим Я =Сере дГ1 2 дГ ° (1Х 17) Наиболее сложным при решеиии полученного уравнения являет- ся определение комплекса Этот комплекс имеет размерность площади и называется взаимной поверхностью излучения.
Следовательно, задача о расчете лучистого теплообмеиа между двумя телами, произвольно расположеииыми в пространстве, по существу сводится к нахождению значения взаимной поверхности излучения Г12. Отношение потока излучения от поверхности одного тела иа поверхность другого тела к полному потоку собственного излучения, выходящему со всей поверхности первого тела по всевозможным направлеииям в пределах полусферического телесного угла, называется средним ивлевым моэффициемтпом иэлучемил, или мозффициенпзом обличенпостпи, и обозначается у;з. По определению, для двух поверхностей нагрева Если полный лучистый тепловой поток от первого 'тела можио представить как а поток его излучения на поверхность второго, согласио (И,17), то из соотношения (И.18) получаем 4зггГ12/Г1. Аиалогичио, ззи = Г12/Гг Два последних выражения дают уравнение взаимности для угловых козфффипиеитов: Это уравнение справедливо при условии, что радиелиоииые потоки от поверхиостей, участвуюпшх в теплообмеяе, являются диффузными.
Величины потоков ие меняются по соответствующим поверхностям. Когда рассматривают теплообмеи излучеиием в системе состоящей из в поверхностей, то для каждой пары поверхностей можно написать где1= 1,2,3,..., в; Й = 1,2,3,..., в. Вообще говоря, когда поверхность тела имеет вогнутость, возможно свмооблучеиие (1 = й), тогда Если тела образуют замкнутую систему, то Сумма включает в себя и член у;;. Радиапиоипые тепловые потоки, которые посылают поверхиости одних тел па другие, можно определить, используя понятия угловых козффициептов: рн Поскольку Земля движется вокруг Солями па по зллиптической орбите, солнечное излуче- 6 Ы пие, падаюп1ее па земиую атмосферу, меня"ы ется по временам года (рис.
1Х.13). Средняя 1И плотность энергии солиечпого излучепия па г и ° у з т и з , , средием расстоянии ЛеезяееяеГ еенед метеке МЕжду СОЛНЦЕМ И ЗЕМ- лей равна 1,353 кВт/мз или 4871 к,Пж/мз ч и называется солмсчмой тзосазо анкой. Спектральиая интенсивность солнечного излучения показана па рис.1Х.14. Там же показаны спектральиое распределение Рис. 1Х.13.
Ваеземвее взиучеаае Солнца в зависимости от време- ви года 696 1Х.4. Солнечное излучение Солппе припадлежит к классу карликовых желтых звезд спектральиого типа осз. Опо представляет собой сферическое тело диаметром 1,31 10 км и находится от Земли иа расстоянии 149,6 ° 106 ( ° 150 106) км. Эт» величина является астроиомической единицей длины. Энергия солнечного излучеиия определяется термоядерными реакпиями и, по расчетам, составляет 3,8 1033 кВт. Из зтого количества зиергии Земли достигают 1, 7 1033 кВт. Поверхность Солппа имеет зффективкую температуру 5762 К и для расчетов процессов теплообмеиа может рассматриваться как абсолютно черное тело. ан УИУ й е~ кк ни апп ь'~~ амь НИ ее" й» ьа чч» ан еч а аа ~» Ф чь еИ К е ее йа ае Ф 43 ДУ улз тра Ои злетеяил еелаеыз слезаьза.
6 46 ,ялилл белли, ело Рае. 1Х.16. Свектрильиии иитевсвввость ваеитмосфервого соиаечаоз'о аз аучеиииз 1 — из = О, соааечаыя спектр; плстпесть потока ивтегральаего вззучеииа 1и 1363 Вт/мз; Я- пермазпзоваавее расиределеапе пазучеивз абселвтие черпаке тела при Те = 6763 К, 1з = 1363 Вт/мз; 3 — се = 1, селаечвыа спектр; 4 — пз = 1, селвечвыя спектр 6ез учета мелекуларвето иеглепмлаз. Песледиее распределевие зклззчает полосы Оз, НзО, СОз и Оз 661 иисоляпии в верхней атмосфере и па поверхности Земли при массе атмосферы, равиой единице.
Массой еаьмосферы гв называют длину пути излучения в атмосфере. Блида пути по вертикали от уровня моря, когда Солнце находится в зените, прииимается пз = 1. Наибольшал иитевсивпость зиергии излучеиия будет соответствовать длиие волны 0,52 мкм, т.е. видимой области спектра. Если температуру тел в земных условиях принять за 290 К (17е С), то максимум интенсивности придется иа А = 10 мкм, т.е.
па иифракрасиую область спектра. Если земное тело нагреть до 1500 К ( 1200а С), то максимум интенсивности перейдет к более короткой длине волны — 2 мкм. Поступающее на опреде- ленное место Земли излучение С зависит от времени года и ши- роты. Ванные, полученные за и з Ф пределами атмосферы, показаны на рис. (Х.15. При прохождении солнеч- ного излучения через земную ч 75 55~ атмосферу его интенсивность Э,«5 уменьшается вследствие следу- «« ющих факторов: 5 1) расстояния между Зем- лей и Солнцем; 755757!И/ С С«55 2) поглощения и рассеяния Сыч«ю«аа ч7чч5 7ччч««ч молекулами сухого воздуха и пылью; 3) селективного поглощения водяным паром и углекислым газом; 4) отражения и поглоще- ния слоями облаков.
Таким образом, на средних широтах при ясном небе расположенная перпендикулярно к направлению солнечных лучей площадка получает охало полудня 70 % солнечной постоянной, т.е. примерно 1 кВт/мз. Излучение, достигающее земной поверхности, состоит из прямого и диффузного излучения. Прдмььм иэлп еиием называется поступающее от Солнца излучение без изменения его направления. ДЪ44уяиььм (илн рассеянным) излучением называется солнечное излучение после изменения его направления отражением и рассеянием атмосферой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
