teplotekhnika (852911), страница 42
Текст из файла (страница 42)
СЛЄДОВЗТСЛЬНО,Ми =/(ко›.(10.62)Обработка экспериментального материала по конденсации различных жидкостей позволила раскрыть вид функции (10.62).Наиболее распространенной для расчета теплоотдачи при конденсации является формулапи = ск3~25 = с4,/оа,,, Ргт К,.(10.63)Раскрывая формулу (10.63), получимЖЗ 2 гМай.(10.64)Физические параметры Ж и р определяют при температуреіт = 0,5(1Ѕ + Іст), удельную теплоту парообразования г принимают по температуре 13. Разность А! = 13 - іст.Формула (10.64) оказывается пригодной и в случае конденсации нагоризонтальной трубе.Для вертикальной трубы (или стенки) коэффициент С = 1,13, а определяюшим линейным размером является высота трубы. Для горизонтальной трубы С= 0,72, и за определяющий линейный размер принимают внешний диаметр трубы (1.ГЛАВА 11ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ11.1.
Общие сведенияПод излучением (радиацией) понимают испускание и распространениеэлектромагнитных волн любого вида. В зависимости от длины волны 2»229различают у-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное,световое (видимое) излучения и радиоволны.В курсе теплопередачи особый интерес представляет тепловое излучение, т.е. излучение, осуществляемое такими лучами, энергия которыхпри поглощении их телами полностью или частично расходуется на увеличение внутренней энергии поглощающего тела. К тепловому относится главным образом инфракрасное излучение с длиной волныЖ = 0,8 + 800 мкм.Вся кое тело, если только температура его отлична от абсолютного нуля, способно посылать в окружающее пространство излучение. Поэтомулюбое тело излучает на окружающие его тела лучи и в свою очередь находится под воздействием излучения этих тел. Отметим, что большинство твердых и жидких тел имеет сплошной (непрерывный) спектр излучения.
Это значит, что они обладают способностью излучать лучи всехдлин волн.Лучистым потоком (или потоком излучения) называют отношениелучистой энергии ко времени излучения, Вт:Ф=бО/сіт,(ІІ-І)где 0- энергия излучения, Дж; т - время, с.Если лучистый поток, излучаемый произвольной поверхностью вовсех направлениях (т.е. в пределах полусферы произвольного радиуса)осуществляется в узком интервале длин волн от А до А + 07», то его называют потоком монохроматического излученияФ, = водах.(11.2)Суммарное излучение с поверхности тела по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным потоком излучения Ф и опреде-ляется по (11.1).Интегральный поток, испускаемый с единицы поверхности, носитназвание поверхностной плотности потока интегрального излучения илиизлучательности, Вт/м2,Е = бФ/сІА.(ІІ.3)Формулу (11.3) можно применять и при монохроматическом излучении.
Если на поверхность тела падает тепловое монохроматическое излучение, то в общем случае часть, равная В)` этого излучения, поглотится телом, т.е. превратится в другую форму энергии в результате взаимодействия с веществом, часть ГА будет отражена, и часть В)` пройдетсквозь тело. Если принять, что падающее на тело излучение равно единице, тод+д+ц=ь230(погде В , Р , ВА - коэффициенты соответственно поглощения, отраженияи пропускания тела.Когда в пределах спектра величины В, Р, В остаются постоянными,т.е.
не зависят от длины волны, то надобность в индексах отпадает. Вэтом случаеВ+Р+В=І,(11.5)т.е. равенство (11.5) относится к сложному излучению.Если В =І (Р = В = О), то тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение независимо от длины волны, направления падения и состояния поляризации излучения, называется черным телом илиполным излучателем.Если Р=І (В = В = О), то падающее на тело излучение полностью отражается.
В том случае, когда поверхность тела шероховатая, то лучи отражаются рассеянно (диффузное отражение), и тело называют белым, акогда поверхность тела гладкая и отражение следует законам геометрической оптики, то тело (поверхность) называют зеркальным. В том случае, когда В=І (В = Г= 0), тело проницаемо для тепловых лучей (диатермично)Твердые тела и жидкости для тепловых лучей практически непрозрачны (В = О), т.е. атермичны. Для таких телВ+І~`=І.(11.6)Абсолютно черных, так же как и прозрачных или белых тел, в прироТакие тела должны рассматриваться как научные абстракции. Нонет.девсе же некоторые реальные тела могут достаточно близко подходить посвоим свойствам к таким идеализированным телам.Надо отметить, что некоторые тела обладают по отношению к лучамопределенной длины волны одними свойствами, а к лучам другой длины иными.
Например, тело может быть прозрачным для инфракрасных лучейи непрозрачным для видимых (световых) лучей. Поверхность тела можетбыть гладкой по отношению к лучам одной длины волны и шероховатой для лучей другой длины волны.Газы, в особенности находящиеся под небольшим давлением, в про-тивоположность твердым и жидким телам излучают линейчатый спектр.Таким образом, газы поглощают и излучают лучи лишь определеннойдлины волны, других же лучей они не могут ни излучать, ни поглощать.В этом случае говорят о селективном (выборочном) поглощении и излу-чении.В теории теплового излучения важную роль играет величина ЕА называемая спектральнои плотностью потока излучения, или спектральнои излучательностыо, представляющей собой отношение плотности лучисто-го потока, испускаемого в бесконечно малом интервале длин волн от Ждо231Ъ.
+ (11., к размеру этого интервала длин волн ой», Вт/мз,Ед = оЕ/оЖ,(117)где Е- поверхностная плотность лучистого потока, Вт/м2.11.2. Закон поглощенияЕсли на какое-либо тело толщиной ІІ падает лучистый поток (рис. 11.1),то в общем случае при прохождении сквозь тело он уменьшается. Принимают, что относительное изменение лучистого потока на пути о! прямо пропорционально пути потока:аФ/Фо = -ьа1.(11.8)Коэффициент пропорциональности Ь называется показателем поглощения, зависящим в общем случае от физических свойств тела и длиныволны.Интегрируя в пределах от І до 0 и принимая Ь постоянным, получаемІп(Ф/Ф0) = -ЬІ|, илиФІ = Фое-ЫІ.(11.9)Установим связь между спектральным коэффициентом поглощениятела ВА и спектральным показателем поглощения вещества Ьд.Из определения спектрального коэффициента поглощения ВА имеемв,= (ФО- Ф,›/Ф0= 1- Ф,/Ф0.После подстановки в это уравнение значения Физ (І 1.9) получим соотношение между спектральным коэффициентом поглощения ВА испектральным показателем поглощения ЬА:в,` = 1 -фое-ШІ/Ф0 = 1 - е-ШІ.(11.10)Коэффициент поглощения ВА равен нулю при ІІ = О и Ь)` = О.
Прибольшом значении ЬА достаточно весьма малого значения І, но все же неравного нулю, чтобы значение ВА было как угодно близко к единице. Вэтом случае можно говорить, что поглощение происходит в тонком по-___-__232Рис. 11.1. Схема поглощения лу-чистой энергии теломверхностном слое вещества. Только в этом понимании возможно говорить о поверхностном поглощении.
Для большинства твердых тел благодаря большому значению показателя поглощения ЬА имеет место в указанном смысле «поверхностное поглощение», в связи с чем на коэффициент поглощения большое влияние оказывает сосгояние его поверхности.Тела, хотя и с малым значением показателя поглощения, как, например, газы, могут при их достаточной толщине обладать большим коэффициентом поглощения, т.е. делаются непрозрачными для лучей даннойШІины волны.Если І)А = 0 для интервала АХ, а для остальных длин волн І)А не равнонулю, то тело будет поглощать падающее излучение только определенных длин волн. В этом случае, как было указано выше, говорят о селективном (выборочном) коэффициенте поглощения.Подчеркнем принципиальную разницу между показателем поглощения вещества ЬА и коэффициентом поглощения ВА тела.
Первый характеризует физические свойства вещества по отношению к лучам определенной длины волны. Значение ВА зависит не только от физических свойстввещества, из которого состоит тело, но и от формы, размеров и состояния поверхности тела.11.3. Основные законы излучения. Серые телаМ. Планк теоретически на основе электромагнитной теории установилзакон (носяший название закона Планка), выражающий зависимостьспектральной излучательности черного тела ЕОАО., 7) от длины волны А.и температуры Т:ЕМО» , Т) =дЕ00~ .
Т)/<17»=_СщсСІ/(П›_І.(11.11)где ЕОО., 7) - излучательность черного тела, Вт/м2; Т- термодинамическая температура, К; СІ и С2 - постоянные; СІ = 21г/1с2 = (3,74150 ±±0,0003)10'16 Вт.м2; (`1 = Ітс/Іс = (1,438790 ± 0,00019)10“2 м-К (здесьІ1 = (6,626176 ± 0,000036)10-34 Дж-с - постоянная Планка; с == (299 792 458 ± 1,2) м/с - скорость распространения электромагнитныхволн в свободном пространстве: /< - постоянная Больцмана).Из закона Планка следует, что спектральная излучательность можетравняться нулю [ЕОЖОН 7) = 0] при термодинамической температуре,равной нулю (Т= О), либо при длине волны 2». = 0 и 2.
-› ое (при Т: 0).Следовательно, черное тело излучает при любой температуре больше0 К (Т > О) лучи всех длин волн, т.е. имеет сплошной (непрерывный)спектр излучения.233Из (11.1 І) можно получить расчетное выражение для излучательности черного тела:стажОЕ0(Ж,Т)=ЕОА(Ж,Т)СЖ=т1Т_-ІН(11.12)Интегрируя в пределах изменения А от 0 до <›<›, получаем__°° сІА'ЅажЕ°'Іе€2/<Ат›_1°О(11.13)В результате разложения подынтегрального выражения в ряд и егоинтегрирования получают расчетное выражение для излучательностичерного тела, называемое законом Стефана-Больцмана:50:6711,(11.14)где Е0 - излучательность черного тела, Вт/м2; о - постоянная Стефа-на-Больцмана, Вт/(м2'К4); о = (5,67032 ± 0,0007І)ІО'8; Т- термодина-мическая температура, К.Формулу (І 1.14) часто записывают в более удобной для расчета форме:Е0= СО(Т/100›4,(11.15)где Со - коэффициент излучения черного тела; С0 = 5,67 Вт/(м2°К4).Закон Стефана-Больцмана формулируют так: излучательность черного тела прямо пропорциональна его термодинамической температурев четвертой степени.Если в (11.11) пренебречь единицей, вычитаемой в знаменателе правой части этого уравнения, то получим закон излучения Вина, представляющий собой закон Планка в приближенном виде:150,0, 7) = с,х-5<±-С2/<“>.(11.16)На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
