1598005523-7b05f5243326e8b73bf5de9957b05ab8 (811227), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Это положение, справедливое для СОъ не соблюдается при излучении НяО, для которого парциальное давление оказывает большее влияние на степень черноты, чем средняя длина пути луча. Для расчета излучения НяО вводится поправочный коэффициент $, величина которого зависит от рн о и определяется по рис. 7. Для в 1 $ с сс ь,й сс с, ь с с, 4*96 вг Тс Тс )41 1 ! 1 в, (100) (100 с„ вс где ь ьз с ь ср "ьз о К о,х в,"з 'рви ишзниан снаиаша взнраиаз о с с с.
ь ь ь с. ь с х х и х с Ъ с о о х с. Ъ 3 Ь' ь ь ь ,'ь с ьс ь" срср ьз ь ь ь -ь ьс ь о х а враз ' ~ц шшаниан анаизшр 24 с х о хо х х с х с' 3 ьх х с 3 й х х о х ах ххх Ф .с х Ф х х х х 3 ха ь х хо х с х ю ох б о 5 оъ х получения действительной степени черноты НзО условную степень черноты а„', найденную на рис. 9, умножают на коэффициент $, т. е. ан,о = звн,о Степени черноты асо и е„' о определяются по графикам рис. 8 и 9, составленным В.
Н. Тимофеевым и Э. С. Карасиной в зависимости от р, р„о и температуры газов. Степень черноты газов тогда составит: в = всо, + ен,о. Г. Л. Поляк предложил формулу для определения теплового потока при излучении газов на твердую поверхность с учетом многократных поглощений, отражений и пропусканий лучистых потоков: е, — степень черноты газов при температуре поверхности стены Т;1 е„ и Т„ — степень черноты и температура газов. При однократном поглощении выражение для суммарного теплового потока принимает вид: д = 4,9бе (е„( — ") — в, ( — ') ~ . Если Т, незначительно больше Т„последнюю формулу можно записать в следующем виде: д = 4,9бее, [( — ') — ( — ') ] .
При приближенных расчетах А. Шак рекомендует пользоваться следующими выражениями для степени черноты трех- атомных газов: 1) степень черноты газов при их температуре Т, в„= 9,71б * + 7,1б 0,01 Т 2) степень черноты газов при температуре стенки Т, З~ О,В всв в,=-0,715 ' +7,1б 001Т Если температура продуктов горения Т„соизмерима с температурой поверхности Т„то при пользовании' выражени- а 1 и Ь1дх, и а ! -Ьл г= — =е л !в Рис. 1О.
Схема для вывода формулы, выражающей закон Бугера ,. (о,о1 тВ' — (о,о) т,)' Овал = С гд — га В = Й„1, 27 ем, вместо в„вводится среднее значение степени черноты газов е„ в интервале температур Т, и Т„ определяемое по выражению а„(О,О! т„)' — в,(0,01тс)а (0,01 т„)4 — (0,01 тс)а В печах излучение газов всегда сопровождается конвективной тепло- отдачей к твердым поверхностям. При этом в зависимости от температур Т„ ' и Т, и характера движения газов соотношение между обоими видами теплопередачи может существенно изменяться, так как излучение твердых тел и газов и конвекция подчиняются различным законам.
Это приводит к известному усложнению расчетов теплаабмена и к необходимости упрощения явлений. Такое упрощение выражается в том, что рассматривают суммарное значение коэффициента тепло- отдачи от газов к поверхности стенки: а= аз,+а „. Коэффициент теплоотдачи излучением равен: Общий тепловой поток составит: д = а (1, — 1в). Часто при малых значениях д„,„, вводят коэффициент х)1, т. е, а=хо, с последующей проверкой этога коэффициента.
Закон Бугера. Пусть плотность потока энергии (рис. 1О), входящей в поглощающий слой (полосу) 1е. На расстоянии х от поверхности она равна 1. Тогда Ж = — Ь„14х, где Ь вЂ” коэффициент ослабления или поглощения луча в м '. Знак минус показывает, что в положительном направлении оси х величина х(1 отрицательна. Коэффициент характеризует способность среды ослаблять поток излучения, численно равной доле потока, поглощенного и рассеянного в единичном объеме вещества и зависящей от длины волны падающего патака излучения. В результате интегрирования получается где х — длина пути излучения в среде, Эта формула выражает закон Бугера.
Она является приближенной, но благодаря своей простоте удобна для расчетов. , Коэффициент пропускания плоского слоя полупрозрачной среды где 1 — поток излучения, прошедшего через толщу х среды; 1в — поток падающего излучения; е — основание натуральных логарифмов. Кроме показателя ослабления к оптическим характеристикам среды относятся пропускание (или прозрачность), а также оптическая плотность. Коэффициент поглощения А выражается формулой А=1 — е ха На основании закона Кирхгофа получаем, что степень черноты газа ах=А„. Она изменяется в зависимости от толщины слоя по экспонентному закону, т. е. -Ь а а рз е„=А =1 — е " =1 — е" Х В приведенном выше выражении коэффициент поглощения Ь„=й„р, так как для газовой смеси коэффициент поглощения какой-нибудь составной части смеси должен входить в расчет такой доли, которая соответствует ее парциальному давлению р; величина й„зависит только от вида газа и от длины волны.
При х=оо е„= А = 1, т. е. излучение бесконечно толстого слоя газа является черным. Закон Кирхгофа верен и для твердых тел, излучение которых является поверхностным явлением, Следовательно, чистота, загрязненность и покрытие краской оказывают большое влияние иа поглотительные и лучеиспускательные свойства твердых тел. Оптическая ил атно ст ь 0 используется при расчетах пропускания атмосферой и фильтрами потока излучения и является десятичным логарифмом пропускания, взятым с обратным знаком: Инфракрасные лучи поглощаются и рассеиваются в атмосфере молекулами атмосферных газов, а также твердыми частицами и каплями воды (туманами). Наиболее сильными полосами поглощения водяного пара являются следующие участки длин волн (цифры указывают цент- о 50 ~ Хьо о ИЯ 20 Таблица 5 ко и и и и ойь,и щи од а и ко и оса к дьй и о хьоя Псиааатель прелиилеиии а Прапускаиие а % по ок ми д о о шо Материал Рис.
11. Полосы поглощения углекислоты в атмосфере при тд мк 4,а мк ири 2,2 мк ари Ьамк ры полос): 0,95; 1,13; 1,38; 1,46; 1,87; 2,66; 3,15; 6,26; 11,7; 12,6; 13,5; 14,3 мк. В этих участках спектра энергия инфракрасных лучей, проходящих через атмосферу, поглощается в весьма значительной Специальные оптические стек- ла 96— 98 2,3 — 1400 4,8 2,2 1667 1,5— 1,7 4 — 10 4,5 96 40 1,43 1,37 0 55 12 15 5,5 6,8 15 96 98 94 89 96 96 98 94 94 96 2,38 3,45 1,73 1,71 4,08 2,35 3,43 1,68 1,66 4,02 26 4,2 6,7 13 6 3,2 2,33 3,98 3,59 5,32 196 1420 2030 2800 958 30 5,53 458 2,75 728 80 2,01 1,53 41 1,54 92 " 5 6 т 0 0 10 11 12 13 14 6 10 18 2 степени.
Наряду с полосами поглощения в водяном паре имеются полосы пропускания, в которых энергия инфракрасных лучей проходит без заметного поглощении. Углекислота характеризуется интенсивным поглощением при длинах волн примерно 2 — 2,6, 4,3 и особенно от 12,8 до 1?,3 мк (рис. 1!). Поглощающее действие углекислоты в первых двух 'участках спектра можно не учитывать, так как содержание ее где й„— показатель поглощения, равный 0,434 й, и следовательно О = 0,434 й1. Изменение поглощения лучистой энергии одним и тем же материалом в зависимости от длины волны представляет собой сложное явление.
В результате изучения такого явления ученые научились подбирать оптические материалы, пропускающие или поглощающие инфракрасные лучи. Такие материалы служат либо окнами, когда необходимо максимальное пропускание, либо фильтрами, когда добиваются выделения нужного участка спектра излучения и поглощения мешающих излучений. В табл. 5 приведены данные о некоторых из этих материалов. Оптические матеряалы инфракрасной аппаратуры Плавленый кварц .
Тексернистый мышьяк . Кремний Сапфир (А1аОа) Перикаав (М80) Германий . Хлористое серебро Бромистый калий ... Подбирая тот или иной материал для окон и фильтров, учитывают конкретные задачи, которые придется выполнять с помощью инфракрасной аппаратуры. Пропускание атмосферой инфракрасных излучений в значительной мере зависит от количества водяных паров и капель воды в воздухе, а также углекислоты.
Ослабление излучений в атмосфере обусловливается процессами рассеяния, которые находятся в зависимости от характера, размеров и статического распределения рассеивающих частиц в атмосфере. 100 о ео еа 50 ф 0 1 2 3 4 б б 7 В 0 10 11 12 1Л Я 15 1Ь' 17 М Апина Волны В ын Рис. 12. Спектральное пропускание атмосферы е »х е (1+ соек Ч)), я»(и» вЂ” !1' 2ЛЪ» ! ! — ье ! — !» — е)к е 3! в воздухе по оравнению с содержанием водяного пара невелико. Кривая на рис. 12 получена для определенной толщины слоя воздуха без пыли и тумана и показывает полосы пропускания излучения.
Основная часть полос поглощения характеризуется наличием в атмосфере паров воды и углЕкислого газа и значительно меньше — наличием озона. Согласно теоретическим исследованиям, рассеяние лучистой энергии частицами„размеры которых малы по сравнению с длиной ее волны, обратно пропорционально четвертой степени длины волны. Следовательно, с уменьшением волны рассеяние увеличивается.
Рассеиваемую такими частицами энергию можно определить через коэффициент рассеяния а, харкктеризующий степень ослабления радиации в единичной толще атмосферы в результате взаимодействия потока излучения с молекулами среды, вызывающего перераспределение энергии, где и — показатель преяомления вещества частиц; А( — число частиц в единице объема; )р — угол между направлениями падающего луча и рассеянного; )» — длина волны. Коэффициент рассеяния зависит от угла )Р и от свойств среды.
Из приведенной формулы следует, что приер О и 180' рассеяние максимально. Общее ослабление энергии ! инфракрасных лучей в слое атмосферы толщиной х, вызываемое рассеянием энергии и поглощением ее, характеризуется коэффициентом ослабления й. Коэффйциент ослабления представляет собой величину, получающуюся в результате сложения коэффициентов рассеяния и поглощения и имеет размерность, обратную длине, например 1!м. Для определения коэффициента ослабления может служить 'формула где !» — энергия излучения до прохождения слоя толщиной х; ! — энергия излучения после прохождения слоя; е — основание натуральных логарифмов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
