Оцисик М.Н. - Сложный теплообмен (1074339), страница 19
Текст из файла (страница 19)
[86]. На фиг. 2.29 представлены экспериментальные значения спектрального коэффициента поглошения в ближней инфракрасной области спектра при температурах 27, 89, 159 и 209'С, полученные Гольдштейном и Иеннером [85]. Области сильного поглошения локализованы в интервалах 4600 — 5900 см ' и 5900 — 7800 см '. Спектральные коэффициенты поглощения, определенные Керчио и Петти [82], ниже коэффициентов, представленных на фиг.
2.29, примерно на 15б[б, а данные Коллинза [80] — примерно иа 10б17. о а и Е щ 'в о8 о о кп о. о о. сл 7000 7500 2000 2500 Темперап7пра, К а 1000 1500 2000 2500 Температура, К Радианионнме свойства материалов 127 еь в х ьь ь 7 о Ю Ю Ю сч Ю Ю Ю Оо Ю Ю Ю Оо Ю Ю Ю с'1 Ю Ю Ю Ю Ю Ю Ю Ю Ю Ю оь и и н о и о, 'о » Я я о, » о о о н о о о и о 3 о и м в' х оЮ о и о, о о и » о о и О и » и 3 м о о и о х,мо О м и о о о о в о и м м о о сО о и о-- \ м о ь о с'1 ы е !! е о е.
о и о е. и е. и о н \.7 о х о и Длина волны, мнм 1аоо 4 3 7,5 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1еэ 1 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Волновое число,!'см ') Фиг, 2,29. Спектральный коэффициент поглощении воды при температурах 27, 89, 159 и 209' С 185Р Эксперименты по изучению прохождения света в естественных водах [87 — 90~ показали, что в такой среде рассеяние происходит также в результате присутствия микроорганизмзв, пузырьков воздуха, продуктов выветриваиия горных пород. Э~о особенно справедливо для вод с высокой степенью биологической акгивности и для прибрежных вод, где продукты выветривания взбалзываютсп волнами, Стекло. На фиг.
2.30 представлен спектральный коэффициент поглопгеиия оконного стекла 1911. Стекло прозрачно для видимого излучения, но почти не пропускает длинноволновое инфра. красное излучение. Глава 2 128 Радиационные ееодетва материалов 129 10 1,0 о,б 0,4 к о,г 0,1 0,06 0,04 РЭЛЕЕВСКОЕ РАССЕЯНИЕ В зек, гэб О,02 0 1 2 3 4 Э Л, мкм Фнг, 2,30 Спектральный коэффициент поглощения оконного стекла [91].
ПОГЛОЩЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЦАМИ Для частиц простой формы, например сферических, коэффициенты поглошения и рассеяния, а также индикатрису рассеяния можно определить с помощью теории Ми. В литературе описывались эксперименты, выполненные со сферическими частицами для исследования справедливости теории Ми.
Рассмотрим некоторые результаты, чтобы показать степень совпадения теории и эксперимента Льюис и Лотьяи [92] измерили коэффициент рассеяния для сферических частиц (сульфаг бария и (.усарегг(оп рук~[акте) радиусом 4,6 и 1,8 мкм в интервале длин волн 0,4 — 2,0 мкм; их резульгаты приблизительно совпадают с теоретическими расчетами Результаты работы Синклера [93] по рассеянию оолаком монодисперсиых частиц стеариновой кислоты (показатель преломления 1,43) в интервале измеиенля параметра х от 2,4 до 12 согласуются с теориеи Мп в пределах погрешности эксперимента 20 — 30б)е Ходкипс [94] провел такие же наблцодения при более высоких значениях параметра х (х 120) и получил хорошее совпадение с теорией Ми Хепплстоун и Льюис [95, 96] привели результаты измерений для сферических частиц из латекса в воде при значениях параметра х = 25 †: 28 и для сферических частиц из полистирола в интервале значений параметра х = 1 †' 20, они установили, что экспериментальные и теоретические кривые хорошо согласуются по виду.
Таким образом, для сферических частиц, рассмотренных во всех этих исследованиях, результаты расчетов по теории Ми достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Однако во многих важных практических задачах частицы имеют неправильную форму, Например, частицы, которые вводятся в газ для защиты ракетных двигателей от теплового излучения, частицы в перспективных ядерных реакторах и аэрозоли, вызывающие загрязнение атмосферы, не являются сферическими. В таких случаях экспериментальный метод является единственным способом определения поглошательных н рассеивающих свойств облака частиц, взвешенных в газе.
В литературе были описаны некоторые эксперименты по определению радиационных свойств облака частиц неправильной формы. Ланца и Рэгсдейл [97] измерили поглощение теплового излучения тугоплавкими частицами микроскопических размеров, взвешенными в потоке воздуха, в зависимости от их размера и концентрации. Поток воздуха, содержащий частицы угля, поглощал больше энергии излучения от электрической дуги, чем поток без частиц. Беркиг [98] исследовал поглошение излучения частицами угля, железа и карбида тантала размером менее микрона, содержащимися в гелии и водороде, а Лав [99] определил ипдикатрису рассеяния и коэффициент ослабления для частиц окиси алюминия размером порядка микрона в интервале длин волн от 4 до 6 мкм. В работах Уильямса [100, 101] были представлены экспериментальные значения коэффициентов ослабления и индикатрис рассеяния иа частицах вольфрама, кремния, угля, карбида вольфрама и карбида кремния размером менее микрона, Согласно его результатам, рассеяние такими частицами происходит преимущественно вперед.
Внимательное изучение описанных экспериментальных результатов показывает, что теорию Ми нельзя непосредственно применять для определения поглошательных и рассеивающих свойств частиц неправильной формы. Кроме того, при значительном рассеянии излучения частицами.неправильной формы имеет место аипзотропия. Рэлеевское рассеяние происходит в тех случаях, когда размер рассеивающих частиц очень мал по сравнению с длиной волны излучения, т. е.
если х = гтйЯ « 1. Например, рассеяние теплового излучения атомами и молекулами газа является рэлеевским, поскольку диаметр молекулы иа несколько порядков меньше длины волны теплового излучения. Рэлей получил в явном виде выражения для сечения рассеяния и индикатрисы рас. 131 Радиационные свойства материалов Глава 2 130 сеяния при рассеянии излучения малыми частицами. Основные этапы вывода соотношений Рэлея можно найти, кроме оригинальной статьи, в работе [29]. Сечение рассеяния С, в случае рэлеевского рассеяния определяется формулой [29) 128па)! Г и — 1 ! 24п1' ) и — 1 ! (28т) ЗЛ' ( и' + 2 г) л' ( а' + 2 г где и — относительный коэффициент преломления, Л вЂ” длина волны в среде, )т — радиус часпщы, )г — ее объем. Выражение для спектрального коэффициента рассеяния ох для газов в случае рэлесвского рассеяния получается из формул (253б) и (2,87) в виде (если Аг — число молекул в 1 см' газа) так как для газа аз + 2 3.
Индпкатриса рассеяния для рэлеев. ского рассеяния определяется формулой [31[ Ю(9) 4 (! + соэ 6) (2.89) В большинстве практических приложений рэлеевское рассеяние теплового излучения молекулами или атомами газа несущественно, поскольку коэффициент рассеяния ох очень мал. Например, для СОз при температуре 0'С и давлении 0,1 МН[мз (! атм) расчеты по формуле (2.88) при Л = 2 мкм (т. е. в инфракрасной области спектра) и п = 1,00045 дают значение пх 1,5 1О-' см ', что для большинства практических задач является весьма малой величиной. В идеальном кристаллическом твердом геле расположение всех молекул упорядочено, поэтому оно ведет себя как вполне однородная среда и рассеяния не происходит Однако отклонения от идеальности из-за несовершенства кристаллической решетки (т.
е. наличия незанятых, смещенных или замешенных узлов решетки) могут вызвать рэлеевское рассеяние, хотя рассеяние теплового излучения вследствие таких причин пренебрежимо мало. Рассеяние излучения жидкостями является промежуточным случаем между рассеянием излучения газом и твердым телом. Рэлеевское рассеяние в жидкости возможно благодаря так называемым флуктуациям плотности, обусловленным тепловым движением внутри жидкости. Подробное рассмотрение рассеяния вследствие флуктуаций плотности мо кно найти в работе [29, гл. 9[, однако в задачах теплового излучения такими эффектами можно пренебречь РАДИАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕЧАНИЯ ') Кохгплексиые выражения (2 19) формально могут быть записаиы в виде А — И '!г ((АВ+ Ь') — гб ( — А)1з В+И/ [ В+Ь' =( ) -~ Соприжепиав комплексная величина имеет вид [(АВ + Ьг) + гб ( — А) 1х Р (2) Вг + Ьг Тогда абсолютное значение р определяется по формуле (АВ + Ьг)г + Ьг (В А)" Аг 1 Ьг [Р[=[РР*[ (Вг 1 !г)г Вг 1 Ьг ') Даик.а [81 определил комплсксиый показатель преломления в виде т = о(1 — 1Ь), тогда как в кастовшей работе принято определение а = ив — ~а' Эти два определения сввзапы соотношением ой = а'.
г) Среднеквадратичная шероховатость определяется как среднеквадратичное отклонение поверхности от среднего уровия г) Напомним, что, когда поверхность облучаетси равномерно, споаведливо следующее соотношение взаимности [сы соотпошопие (1 192)]: р (т; 2п-и 9, ф) = Р (т, 9, цг -ь2п) при 9 = 9 и цг = цг . г' 5 Излучение, падающее на поверхность непрозрачного материала, никогда не проникает на большую глубину; аналогично излучение, возникающее внутри непрозрачного тела, никогда не достигает его поверхности. Поэтому для непрозрачных материалов поглощение, испускаиие и отражение излучения — явления поверхностные. Однако для полупрозрачного материала поглощение и непускание излучения являются скорее объемными процессами, чем поверхностными.
Рассмотрим, например, лист стекла при заданной температуре Поток излучения на его поверхности зависит от толщины листа, распределения температуры внутри листа и от радиационных свойств материала, таких, как коэффициент поглощения, коэффициент рассеяния (если имеются рассеивающие частицы) и показатель преломления Для расчета степени черноты и отражательных характеристик полупрозрачных материалов требуется решение интегродифференциального уравнения переноса излучения в рассматриваемой среде с соответствующими граничными условиями. Математическая формулировка и решения яекоторых задач такого типа будут рассмотрены в гл. 8 — !!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
