Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1062552), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Суммарный поток солнечного излучения, получаемый горизонтальной поверхностью на Земле, называется висоляииед. Величина инсоляпни зависит от времени года, местоположения приемника излучения, времени суток, погодных условий. Для расчетов, связанных с использованием энергии солнечного излучения, вводятся следующие понятия. Высо«ли Соли«зв а — это угол между горизонтальной поверхностью в определенном месте на Земле и направлением на Солнпе (рис.
1Х.16). При большой высоте Солнца его излучение проходит через меньшую массу воздуха. В противном случае атмосфера затеняет поверхность, принимающую излучение. Число дневных световых часов, когда можно использовать солнечную энергию, также связано с высотой Солнпа..Пля данного дня года высота Солнца зависит от времени дня (рис.
1Х.17). Значение с« может быть найдено по следующей формуле: з(псс = в(п«77в(пб8+ соя««7соз68совд8, Где (5 — географическая широта (положительнал к северу от эква- тора); бс — склонение Солнца; йе — угловое солнечное время. ч ч 1« Ф б к Ф 77 555 ° ч ч С55 Ю з ч Ф 575 57«ав«СЮ«55 55«аач « Рис. 1Х.Зт. Зависимость высо- ты Солвиа а (сшавпиыа кри- вые) в иисоляцвв (пстриховые кривые) от времыш суток Рвс.
1Х.зя. Высота Солв- иа и ивсолапил в ясные дви для 40' с.ш. в зависимости от времеви дсы Силоиеиием Солиид 6я называется угловое отклонение Солнца относительно плоскости земного экватора, так как ось вращения Земли относительно плоскости орбиты вращения вокруг Солнца наклонена на 23, 5а, в течение года величина склонения будет изменяться от -23,5а до +23,5а.
Склонение к северу от экватора прккято считать положительиым. Значение склоне- ккя можно оценить по приближенной формуле Купера 264+ пЪ 68 = 24,5вш 260 — ), Збб )' где и — порядковый номер дпя года. Узловое солнечное ереавл Ьс — зто угловое смещепке Солицв от полудня (1 час соответствует 12 рад или 16е углового смещения).
Утренние значения Ь.с (смещение пв восток от югв) считаются положительными. Азезз1Пнозз Солнне ад называется угол между горюоптельпой проекцией солпечиого луча и лкппей, паправлеппой па юг в северном полушарии (см. рис. И.16). Измеряется а8 угловым смещением к востоку или к зэладу от направления па юг в горизонтальной плоскости. Азимут Солнца можно пайти по следующей зависимости: сов 68 Ош Ь8 ешав = соз а Прямое солнечное юлучеппе, пркходяпме пв вертикальную поверхность, определяют по формуле Еь = Есоеасоз(ае — Ь), где Š— прямое солнечное излучеике, поступающее па поверхность, перпендикулярную солнечным лучам; й — азимут нормали к вертикальной поверхиости.
Прямое солнечное юлучепке пв наклонную поверхпостзс Еэ = Еь |ип~9+ Е'сов~3, где Е' — прямое солнечное юлучеппе па горизонтальную поверхность (дпсоляция); ~3 — угол наклона поверхности, принимающей пзлучеиие. В тех случаях, когда требуется учесть влияние юлучеппя Солнца, падающего иа тело, расчетная формула лучкстого тедлообмепа приккмвет следующий впд: /Т,, /ТО~'~ Ч12 = с1СО1"1 ~ — ) — ~ — ) — Аг(Я)Е'ОЕ'э, ~100 1,100) ~ где цгз — количество теплоты, отданной таком; Г~ — поверхпость твяа, излучающая энергию; Т~ — температура тела; Тз — температура окружающего пространства; А(д) — попющатвкьпвя способиость тела по отпошеппю к солпечиым лучам; КΠ— поверхность тела, освещаемая Солнцем; Є— поверхность Земли.
1Х.6. Рацкадкоккькй тецлообмец в цолуцрозрвчкьях средах 1Х.6.1. Особсппосгпе излучения полупрозрачных сред В различных технических устройствах имеются объемы, заполкеккые средами, способпыми испускать, рассеивать и часткчио поглощать тепловое излучение (полупрозрачные среды). Расчет радиационного теплообмепв в таких средах пли между поверхпостями, разделеипыми такой средой, значительно более сложен, чем расчет теплообмепв между твердыми кепрозрачпымк поверхпостямп, разделенными прозрачной средой. Обусловлено зто в основном двумя обстоятельствами.
Во-первых, кспусквиие и поглощение излучения происходит в объеме и потому зависит от размеров объема, его конфигурации, длины пути, который проходят луч в пределах объема и т.д. Во-вторых, к юлучепкю полупрозрвчиых тел, как правило, пе применимы модели черного и серого тел ввиду резкой и, как правило, нерегулярной зависимости радиационных характеристик от длины волны. Наибольшее значение в энергетике имеют три вида полупрозрачных сред. Газоеме среды.
Тепловое юлучепие газов возникает лишь в том случае, когда энергия столкновения их молекул превышает энергию разрешенного кваптовымк закоиамп перехода молекулы (атома, электрона) с одного энергетического уровня па другой. В молекулах газов возможны различные виды энергетических переходов: колебательные, вращательные, электронные. Излучение или поглощение электромагнитной энергии при,.колебательных и вращательных переходах возможно, если молекулы газа электрически несимметричны.
Энергия этих переходов такова, что соответствующее излучение лежит в инфракрасной, а иногда н в микрорадиоволновой областях спектра. Такие переходы могут быть возбуждены при сравнительно умеренных температурах (от нескольких сотен кельвинов и выше). Типичными представителями излучающих газов являются газы, молекулы которых состоят из трех и более атомов — углекислый газ (СО3), водяной пар (Н30), аммиак (НН3) н т.п,,Пля симметричкых молекул таких газов, как 03, Нз, Мз и др., а также для одноатомных частиц (инертные газы, пары металлов) излучение возможно только при электронных переходах.
Это так называемые связанно-связанные переходы электрона с одной орбиты на другую или свободно-связанные переходы прн рекомбинапии ионов. Излучение, сопутствующее этим переходам, лежит, как правило, в ультрафиолетовой области спектра, а их энергия настолько велика, что они в большинстве газов возбуждаются лишь при очень высоких температурах, измеряемых тысячами кельвинов. При более низких температурах газы с симметричными простыми молекуламн не испускают собственного теплового излучения и прозрачны для падающего излучения (диатермичны), При расчете излучения газовых сред принимается во внимание только излучение (поглощение) многоатомных газов. Однако при температурах порядка 5000...
10000 К и более высоких и простые газы становятся "полупрозрачными". Поскольку колебательные, вращательные н электронные переходы совершаются лишь между "разрешенными" уровнями, энергия испускаемых прн переходах фотонов заключена в сравнительно узких пределах, т.е. энергия излучения газа сосредоточена в нескольких узких полосах частот электромагнитных колебаний. Аналогичная картина наблюдается и при поглощении излучения газом: энергия поглощается лишь в полосах частот, соответствующих энергии разрешенных переходов. Излучение и поглощение газов называют поэтому избирательным нли селективным.
Число и положение полос в спектре определяются природой газа, а ширина полос н распределение интенсивности испускания и поглощения по частоте в пределах полосы зависят от состояния газа (температуры, давления) и от длины пути луча в газе. В процессах ионизацни и рекомбинации молекул и атомов газов, что может иметь место прн достаточно высокой температуре, происходят связанно-свободные переходы, когда испущенный (поглощенный) фотон может иметь самую различную энергию, а соответствующее ему излучение — разную частоту.
Поэтому с ростом температуры газа в его спектре все большую роль начинают играть сплошные участки излучения и поглощения лучистой энергии. йг 0 и и га гг 30 зг гя аг пуза и" Рис. 1Х.16. Зависимость вогловгательвой способности А Зтлеивслого газа от ддвизе аолиы ври т = 330 к (1) и т = 300 к (я) На рис. 1Х.18 показан спектр поглощения углекислого газа при умеренной температуре, а на рис. 1Х.19 — спектр цоглошения воздуха при высокой температуре и различных давлениях. Из графиков видно, насколько сильно и нерегулярно изменяется коэффициент поглощения газов в зависимости от частоты, температуры и давления. Это весьма затрудняет и делает зачастую ненадежным использование спектральных данных для практических расчетов радиационного теплообмена.
Более удобным ока- зывается использование характеристики степени черноты газового объема. Сееаьаэвееся пламя. Эта полупрозрачкая среда представляет собой потоки излучающих газов в смеси с твердыми излуча квпими частицами. В отличке от зэлылекпых сред пламя содэржит излучающие частипы, размеры которых соизмеримы с яликами волн теплового излучеиия и составляют 1...10 з мкм. Это частицы сажи, образующиеся в процессе гореипя в результате термического разяожекия углеводородных молекул.
Характериой особепкостью запыленных потоков и пламеки (а также аэрозолей) является пх способность в значительной мере рассеивать проходяцме. через ппх пзлучепке, вследствие чего подобные среды часто называют мутиыми». Рвс. ЕХ.19. Заввснмость хоэффдцаевта аоглошемвв воздуха э„ от частоты арв 10ВВВК к раавкчиых дава»идах (вертикаль аыа лаавп соответствуют сневтраааизем динкам, воглоиювме хо. тормх аа 3 — 4 порядка сильнее, чам в соеадвах участках спектра) Закььееккые средьь Запыленными, или двухфаэдыми называют среды, в которых твердые илп (реже) жидкие частицы взвешены в диатермическом или излучавицем газе. Размеры частиц могут быть от иесколькпх мкллиметров до нескольких микрометров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
