Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 78
Текст из файла (страница 78)
несколько упрощало захачу. Тепло- и массообмен при химических и фазовых превращениях можно считать более общим случаем по сравнению с ранее рассмотренными, однако н эта задача, несмотря на свою сложность и общность, ве исчерпывает многообраэйя процессов тепло- и массообмепа. В частности, изучаемые процессы могут усложняться при наложении электромагнитных полей, что имеет место в практике современной техники. Процессы переноса теплоты теплопроводностью, конвекцвей и молекулярной дкффузней часто (особенно при высоких температурах) сопровождаются процессами теплового излучения. 850 Часть чгтеертая ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ Г . оа амат адеата» ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО НЗЛуоЛННЕ ое-т. ОпмсАиие пРОцессА Процессы лучистого теплообмена получили широкое распространение в теплотехнике, ядерной энергетике, ракетной технике, металлургии, сушильной технике, хнмической технологии, светотехнике. гелиотехннке и др.
Тепловое излучение представляет собой пропгсс распростраяення внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных воли. Электромагнитными волнамв называют электромагнитные возмущения, исходящие из излучаемого тела и распространяющиеся н ваку>ме со скоростью света с=й !Со ьт/с. При поглощении электромагнитных волн какими-либо другимя телами они вновь превращаются в энергию теплового движения молекул. Возб>дителями электромагнитных волн являтстсн заряженные материальные частицы, т. е. электроны и ионы, входящие в состав вещества.
При этом колебания ионов соответствуют излучению низкой частоты; излучение, обусловленное движением элеитронов, может иметь высокую частоту, если онн входят в тстав атаман и молекул и удерживанлся около своего равновесия значительными сидами. В металлах многие электроны являются свободными. Поэтому в этом случае нельзя говорить о колебаниях около центров равновесия.
Электроны движутся и при этом испытывают нерегулярное торможение. Вследствие этого излучение металлов приобретает характер импульсов и имеет волны равличиой частоты, в том числе волны низкой частоты. Помимо волновых свойств излучение обладает также и корпускуляриымя свойствами. Корнускулярные свойства состоит в том, что лучистая энергия испускается и поглощается веществами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями в квантами света или фотонами.
Испускаемый фотон — частица материн, обладающая энергией, количеством движения и электромагяитиой массой. Поэтому тепловое излучение можно рассматривать как фотонный газ. Прохождение фотонов через вещество есть процесс поглощения и последующьго испускания энергии фотонов атомами и молекулами этого вещества. Таким образом, излучение имеет двойственный характер, так как обладает свойстовми непрерывности поля электромагнитных волн н свойствамн дттскрептост>Ь типичнымя для фотонов.
Синтезом обоих свойств является представление, согласно которому энергия и Импульсы сосредоточиваются в фотояак, а вероятность нахождения их я том илв ивом месте пространства — в волязх. Соответствентю этому излучение характеризуется длиной волны гх) илн частотой 36! Гзбанвз 10-1 3 еа д.паа» юла» рг,!+о,в! ° (о" 0,8-10 †:О.в )0,2 0,00. П3-' Ввааааа ( 0 1 О 3 3 ! О та з в ( з ( в а 3 в за в па ) 1 30 ' —:2 1О" 2 30 -:-О,я 1О, раащз 3 Ка взчяаааа т-вал!ааааа резачзааахса Уа трзфв ат н тык виды пзчистых потоков; вактоз изпэчаииа Поверхностное (полусферическое) излучение.
Тело излучает энергию'в виде непрерывного (сплошного) или прерывистого спектра по длинам волн. Энергия излучения, испускаемая произвольной поверхностью в единицу времени по всевозможным направлениям полупространсгва Ябй колебаний (а=с!а). Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу н различаются лишь данной волны (табл. (б-().
Количестьенное различие в длине элактромагинтных волн приво. двт. к тому, что обшпе стороны пилений для разных ллнп волн проявляются с различной отчетливостью. Так, квантовые (корпускулярные) сиойства проявляюшя наиболее отчетливо в короткоаолиовои излучении. Наоборот, хзрактерные волновые свойства наиболее отчетливо наблюдаются у радиоволн. Волъшиаство твердых и жидких тел имеет сплпшной (непрерывный) спектр излучения, т. е. излуча1от энергию всех длин полн от () до аа. К твердым телам, имеющим непрерыввый спектр излучения, отяпюятсн вепроводннки н полупроводники элехтричества, металлы с окисленной шероховатой поверхностью. Металлы с полированной поверхностью, газы и пары характеризуются селективным (прерывистым) спектром излучения.
Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности, а Лля газов — еше от толщины слоя и давления. Твердые и жидкие тела имеют значительные поглошательную и взлучательную способности. Вследствие этого в процессах лучистого теплообмена участвугот лвшь тонкие поверхностные слои! длн непроводииков .тепла они составляют около 1 мм! для проводников тепла — 1 мкм. Поэтому з этих случаях тепловое кшучевие приближенно можно рассматривать как поверхвоспюе явление.
Полупрозрачпые тела (олавлеиый кварц. стекло, оптическая керамика и др., газы и пары) характериауются объемным характером излучення, в котором учзгтвуют все частицы объема вещества Излучение всех теа зависит От темпсрзтуры. С увеличением температуры тела егО энергия налучення унелнчнвается, гак как увеличиваегся вн)тренняя энергия тела. При этом изменяется не только абсолют!!аз величина этой энергии, но и спектральный состав.
Лрн увеличении температуры повышается интенсивность коротковолноного излучения н уменьшаетсп интенсивность ллинноаолнового излучения. В пропессах иэлучеяия зависимость от температуры значительно бмьшая, чем в процессах геплопроводности и коинекции, Вследствие этого при высоких температурах основным вилам переноса может быть тепловое излучение. и соответствующая узкому интервалу длив волн от ь до д+г(Х, яазы. веется потоком монохроматичсского, спектрального иаи однороднрго излучения ((Е„). Суммарное щлучение с поверхности тела по всем длинам волн спектра называется и нтегр альпми м гши поп им м потоком излучения (()).
Интегральный поток, испускаемый с единицы поверхности, носит название поверхностной плотности потока интегрального иалучеиия: (16-1) где гйг л! гистый поток, испускаемый элементарном площадкой 4(г, Вт. Лучистый поток со всей поверхности выразится интегралом (16-2! Если плотность потока интегрального излучения для всех элементов поверхности пзлучаксщего тела одинакова, то зависимость (16-2) переходит в соотвошение О=ЕЕ. (16-3) Отногпеиие плотности лучистого потока, испускаемого в бесконечном малом интервале дчин волн, к величине этого интервала алин волн назывзется спектральной плотностью потока излученияия: зе Е =— лл ' (16-4) Зависимости (16-1! — (!6-3) справедливы также н првмеиительно к монохроматическому излучению.
Плотность потока излучения может изменяться по определенным направлениям гылучения. Количество энергии, исвускаемое в определенном иапранлеини 1, определяемым углом гр с нормалью к поверхности л (рис. !6-!) елищшей злгмензэрной плашздкн в едннииу времеви в пределах элементарного телесного угла бы, называется угловой плотвостью излучения. По определению угловые плотности спектрального и интегрального иавучения выражаются соотношениями лчг„» лд т . (!6-6) Из этих сгютношевий следует, что г(Е =! „йщ (16-7) (!6.3) К очень важным понятиям теории излучения относится и н т е неявность (яркость) излучения.
Интенсивностью излучения называется количество лучистой знерГни, испускаемое в направлении угла В в единицу времени элементарной площадкой в пределах единичного элементарного телесного угла, 363 отнесенное к проекции этой площадки иа плоскостгь ортогональную к направлению излучении (рис. 16-1): д'0 г агяех г х 116-9) х Лр„ии=дксм ига ™саз З ге (16-10) иу„дм ЛХ соз тии соз Ф откуда ощ „= — гх омссаф(Р1 г( а =1 ласозфгд' [16-11) (!6-1лг Е =) ЕгЩ ~ е '= — ) (тих (16-Щ е Я= ) ЯгЩ а Иалучение, которое определяется природой данного тела и его температурой, называется собственным излучением (Я, Е> Обычно тело участвует в лучистом тсплообмене с другами телами.
Энергия излучения других тел, попадая на поверхность данного тела извне, частично поглощается, частичво отражается, а часть ее проходит сквозь тело. Количество лучистой энергии, падающее на данное тело плесь 1, и 1 — интенсивности (яркости) спектрального в интеграчьного излучений; ф — угол, состаилеиимй нормалью к площадке и ваиравлением излучения. В общем случае спектральная интенсивность излучения зависит от координат точки М, направления, длины волны и времени. Интегральная величина интенсивности изэ лучения характеризует распределение сумм с марной длн всех длин волн энергии излучения пп всевозможным направлениям в данной точке для выбранного момента времени. Распределение интенсивности излучения по отдельным направлепиим может быть самым различным В частном случае оно может ггб быть одинаковым по всем напрзвлениям. Излучение, хврактеризующееси пнтеисивЛг" вестью, одинаковой по всем направлениям, называется н з о т р о п н ы м.
Если излучение рэс ~а-К К ооредезеиию похолит с поверхности твердого тела, оно иавраосги азлученэ». зывается идеально диффузным излу- ч е н и е и (Л. 180). Понятие интенсивности (яркости) излучения может относиться к отдельным видам излучения, рассматриваамым ниже. Поэтому можно говорить об интенсивности собственного„падающего, эффективного и других излучений. Потоки интегрального н монохроматического излучения связаны следующими зависимостями: в поле излучения, обозначается через С! „или Е' д. Часть падающей энергии излучения, поглощенной данным телом, называется потоком поглощенного излучения (С! „Е„).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
