Исаченко В.П. - Теплопередача (1074332), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Для условий термодипамнческаго равновесия объемную плотность энергии излучения можно выразить по закону Стефана — Больцмаиа (!6-48)! пос4=4пТ, где Тм — абсолютная температура среды; се†скорость фотонов. Найдем выра!кение плотности объемного излучения в среде на ее грагшце через Е ш н Е з. Для этого введем средине яркости излучения! Тчз,= —, Т,л — — — ". Тогда птсе=~!ю!(и+~1 х!( =2Е,з+2Е (18-29) Совместное решение уравнений (18-27) — (! 8-29) позволяет найти (гч,— т' 1 в,— з рз= (!8-30) 1 1 1 1 А 2 А 2 Зависимость (18-30) выражает плотность потока результирукнцего излучения по толжнне плоского слон среды.
Применительно к двум граничным поверхностям из (18-30) получим уравнения (прил=-0 и л=!): (18-31) здесь Фь Фз соответствуют температурам поверхностей. Выразим перепады температур из соотношений (18-31): 8,— 6 =4,( —,' — — 2')! 8- — 8,=4„(А' - —,'). 0332) Кроме того, из зависимости (18-26) можно выразить перепад температур в слое среды: 8, 8, 4 з'л (18-33) Складывая левые и правые части последних занисимостей, находим уравнение для плотности потока результлрующего излучения рз, Вт/з!з, в плоскопаРаллельиой системе пРи наличии пРомежУточной 428 з,— в %=— 1 1 А, 2 ю' — з„ рз А, 2 поглощающей срелы з,— з, Юр 1 !' * мг — + — — 1 1-— А, А„4 !г, г,! 1 ! 3 ! — +- — — ! +— А, А, 4 (! 6-34) Иа уравнений (!8-26) и (18-34) определяется распределение температуры по толщине слоя поглощающей среды: 3 т =т" — цз — — ", з 4 (18-36) ° ВЗ, ОСОВЯНИОСЗИ ИЗНЗЧЯНИЯ ГАЗОВ И ПЛВОВ Различают несветящиеся и светящиесн газоные среды.
Свечение газовой среды обусловливается наличием в пей раскаленных частиц сажи. угля, золы. Такое светящееся пламя называют факелом. Излучение факела определяетсн главным образом излучением содержащихся в нем твердых частиц. Прис!тствие в газовой среде значитщгьного кпличества мелких взвешенных твердых частиц делает зту сре мутной. Ъ. мутным средам кроме сазкистого светящегося пламени можно отнести и др!тие запыленныа потоки, например пылевые облака, туманы. Мутные среды характеризуются существенным рассеиванием лучистой энергии. Затем из (18-32] можно определить температурные перепалы: т,-т =сз (-- — )! т„т,= — (-- --) (!8-36) и перепад температур в самой среде из (!8-33): (18-3Т) !.!а рис. 16-1 показано распределение плотности потока результирующего излучения в среде по (18.26) и температуры по (18-35).
Плотность потока изменяется линейно с изменением оптической толщины п(, прячем зто изменение существенно. Если среда является дкатермичной или ее оптическан толщина Е=п — 6, то зависимость (18-34) переходит в уравнение (17-9). На граюшлх среды со стенками имеют место скачки температуры Г! 1Х (18-36),которые пропорциональны термическому сопротивлению 1! †--х-А! лучистого теплообмена. Следовательно, если среда является оптически плотной, то существует тонкий лучвстый слой у канадой поверхности стенок, авалогичныв слою Кнудсена в кинетической теории, который обусловливает налнчяе скачков температуры в скорости в разреженноы газе. Указанный режим называют режимом скольжения излучения. Рассмотренный лифференциальный метод для плоского слоя лостаточно удовлетворительно согласуется с результатами интегрального метода (Л.
89]. Точные лифференциальные методы, основанные на непосредственном решении уравнений переноса, приводятся в [Л. 1, 89, 163). з сз у Рве. !З-3. Паласы пеглсщеввя НО л г~ )+) г !( Л, УРЗ Л Л З Л Л Г ЭЛУЛ М Глжгэлк Рвс. Уэ.э Пелосм апюшеввя СО . лосы поглоуцення (рнс. 18-2, 18-3 и табл. 18-1; буквы и цифры на рисунках соатветствууат разным толшннам слои газа). Из таблицы сдедует, что полосы поглощенна СОз частично совпадзют с полосами поглощеивв 11,0.
Двуокись углерода обладает относительно узкими пачасвми поглощения. Спектральные полосы поглощения водяного пара характеризуются богьшсй шириной. Вследствие этого поглощательиая способность и степень черноты водяного пара существенно больше, чем двуокиси углерода. Ширина отдельных полос излучения изменяется с температурой газа. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а оо- 430 Ниже рассматриваются особенности излучения несветящейся га.
зоной среды, к которой относятся чистые газы н пары. Одно-, двухатомные газы (гелий, водород, кислород, азот и др.» практическн являются прозрачными (диатермичными) для излучения. Трехатомиьуе газы обладают большей излучательнай и поглошательной способностью. К таким газам относятся СОз и НэО, имеющие большое првктвчесиое применение нвгл УТС-тч ттт" — 1 1 „'(,,т) в тсплознеРгетике; в то- почпьж газах, как правила-'-'- '-1 .-Гг а '- ло, оии првсут ъую, од. навреыенпо.
В оттичие от твердых и жидках тел излучение ы г у г газов носат объемный характер, так как е нем э « (тйГ ' ' . .-)~нг) участвуют все мнкроча- — '1 Г ' ,' ности и толщины газовал у и уу гл улы С увелнченаем плотности н тожцины слоя газа его послов!ательная способность увеличивается. Излучение газов носат нвбирвтельпый (селективный) характер. Они поглощают и залучают только в определенных интервалах длин волн. В остальной части спектра онв являются прозрачными, Так, для СОУ и НэО можно выделить по трн основные по- Таа ица 18-1 41, 0,6 0,8 4,0 4,8 12 2,4 4,0 12,5 3,0 4.8 !5,5 2,0 3,5 8,5 глощательная способность уменьшается, так как уменьшается плотность газа.
Влияние расширения полос преобладает над влиянием уменьшения поглощательиой способности так, зто в результате имеет место повышение энергии излучения с увелвяением температуры газа. ю,г а,аг Юамиарюаз юеюакиию ош показ 1 нея Юля СО, и Н О т,а юа а,ю 8! Вг юд а,!а юаю амю ю,ют Вм Вюи Вмм аюи г, йи Вм! а ии ю йв Рис.
18-4. Степень терааты а зазнсаиесп от те нературы влз Нюб. 0.3 О.В 3,7 13 Плотносп собственного интегрального излучения по опытным данным выражаетса соотношениями =3,3(п()км( —,1 '; В = — 3,3(р!)"!ед(уг- . ПВ-38) Согласно (18-38) излучение С(Ъ растет пропорпионально Тка и (р!)елй Следователыю, СО» может иметь заметное собственное нзлу- ааа аж а',оа що аоа й67 о,м йаг роз а ам аам йом оам о,ма й ам Рне аа.з Сыпень черна ы е заененмспм ет температуры ллн СО чение При относительно малой толщине слоя. Излучение медленно увеличивается с ростом толщины слоя н быстрее с температурой.
Парциальное давление (р] в толщина слоя (!) оказывают Гюльшее влияние на излучение НтО, чем на излучение СОз. Поэтому при малых толшивах слоя преобладает влияние ттзлучжтия СОь а при больших — излучение НеО. Зависимости (18-38) показывают, что излучение газов существенно отклоняется от закона четвертых степеней температуры Стефана— Больцмана.
На рис. 18-5 и 18-6 приведены графики экспериментальных данных для степени черноты СОн и НаО в зависимости от темперзтуры и параметра (р!). На рве. 18-6 представлены данные по прелельиому значению степени черноты зтих газов при р! — ыое. График показывает, что даже в предельном случае степень черноты существе~но меньше 432 тс единицы; предельная степень флйэ --, ~"'~ ! ( т черноты воляного паРа в не- цсй" . ' т-ли * — т — ) сколько раз больше, чем для фФ сс —,— — т -Т двуокиси угчерода.
'Кьь$аь -э!, -р — )-.-'!'— аьь Для газовых смесей вследствие частичного совпадения рьЯ ' спектров степень чернота! ока- с ьш ли тшс жп лбг зывается несколько меньше, Гслсиплкса атж,'С чем сумма степеней черноты рес тз.г, пред пьпап степень черптпы ОО» и отдельных компонентов (Рис.
нтО еп пспнсстс ст сппеРптгРм, (8-7). В камерах сгорания ракет и других системах продукты сгоРания могут находиться прм высоких температурах и давлентшх; степень чер- Лег ,сг ссг слт с аг и' Лс Сг тс с Ег сл сс ег тс с лг ш ае пе тс Ре «/Ре с Рш Р~ ~ттР +Р Р,~l, 'Р, Рпс, !В-7. Папрье и Ье, ва пеппппсс пстппмсепс. и — Сш и псе ноты для этих условий по аисперимеитальяым данным прнводитса в (Л. 4, 64). Кроме того, степень 'терноты газов может быть найдена теоретическим путем. К теоретическны методам относятся методы статистической физики, квантовой механики, молекулярной спектроскопии и др. (Л.
!54, 200). же. лзчистыи пплоовмин ыюкдз газовои саидов и овопочиои Предположим, что газ имеет постоянную температуру Ги а стенка Т,. Примем, что газ и стенка являютса серымн телами. Йэлучение стенки (оболочки) характеризуется сплошным спектром. Газовая среда имеет селситивно-серое излучение в виде отдельных полос стйк ш)(е (рис. )8-8). В общем случае число таких полос лля различных газов может быть различным. Газовая среда обменивается лучистыми потоками со степкой только в пределах этих полос. Вие спектральных полос отдельные элемеитм стенки обмениваются лучистымн потоками только между собой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
