Главная

Статьи

променистий теплообмін

Луч і Стий теплообміну е н, радіаційний теплообмін, здійснюється в результаті процесів перетворення внутрішньої енергії речовини в енергію випромінювання, перенесення енергії випромінювання і її поглинання речовиною. Перебіг процесів Л. т. Визначається взаємним розташуванням в просторі тіл, що обмінюються теплом, властивостями середовища, що розділяє ці тіла. Істотна відмінність Л. т. Від інших видів теплообміну ( теплопровідності , конвективного теплообміну ) Полягає в тому, що він може протікати і за відсутності матеріального середовища, що розділяє поверхні теплообміну, так як здійснюється в результаті поширення електромагнітного випромінювання.

Промениста енергія, падаюча в процесі Л. т. На поверхню непрозорого тіла і характеризується значенням потоку падаючого випромінювання Qпад, частково поглинається тілом, а частково відбивається від його поверхні (див. Рис.).

Потік поглиненого випромінювання Qпогл визначається співвідношенням:

Qпогл = А Qпад,

де А - поглинальна здатність тіла. У зв'язку з тим, що для непрозорого тіла

Qпад = Qпогл + Qoтр,

де Qoтр - потік відбитого від поверхні тіла випромінювання, ця остання величина дорівнює:

Qoтр = (1 - А) Qпад,

де 1 - А = R - відбивна здатність тіла. Якщо поглинальна здатність тіла дорівнює 1, а отже, його відбивна здатність дорівнює 0, тобто тіло поглинає всю падаючу на нього енергію, то воно називається абсолютно чорним тілом .

Будь-яке тіло, температура якого відмінна від абсолютного нуля, випромінює енергію, обумовлену нагрівом тіла. Це випромінювання називається власним випромінюванням тіла і характеризується потоком власного випромінювання Qсоб. Власне випромінювання, віднесене до одиниці поверхні тіла, називається щільністю потоку власного випромінювання, або випромінювальною здатністю тіла. Остання відповідно до Стефана - Больцмана законом випромінювання пропорційна температурі тіла в четвертого ступеня. Ставлення випромінювальної здатності будь-якого тіла до випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла при тій же температурі називається мірою чорноти. Для всіх тіл ступінь чорноти менше 1. Якщо для деякого тіла вона не залежить від довжини хвилі випромінювання, то таке тіло називається сірим. Характер розподілу енергії випромінювання сірого тіла по довжинах хвиль такий же, як у абсолютно чорного тіла, тобто описується Планка законом випромінювання . Ступінь чорноти сірого тіла дорівнює його поглинальної здатності.

Поверхня будь-якого тіла, що входить в систему Л. т., Випускає потоки відбитого випромінювання Qoтр і власного випромінювання Qcoб; сумарна кількість енергії, що йде з поверхні тіла, називається потоком ефективного випромінювання Qефф і визначається співвідношенням:

Qефф = Qoтр + Qcoб.

Частина поглиненої тілом енергії повертається в систему у вигляді власного випромінювання, тому результат Л. т. Можна представити як різницю між потоками власного і поглиненого випромінювання. Величина Qpeз = Qcoб - Qпогл називається потоком результуючого випромінювання і показує, яка кількість енергії отримує або втрачає тіло в одиницю часу в результаті Л. т. Потік результуючого випромінювання можна виразити також у вигляді Qpeз = Qефф - Qпад, тобто як різниця між сумарним витратою і сумарним приходом променистої енергії на поверхні тіла. Звідси, враховуючи, що Qпад = (Qcoб - Qpeз) / А, отримаємо вираз, яке широко використовується в розрахунках Л. т .:

. .

Завданням розрахунків Л. т. Є, як правило, знаходження результуючих потоків випромінювання на всіх поверхнях, що входять в дану систему, якщо відомі температури і оптичні характеристики всіх цих поверхонь. Для вирішення цього завдання, крім останнього співвідношення, необхідно з'ясувати зв'язок між потоком Qпад на дану поверхню і потоками Qефф на всіх поверхнях, що входять в систему Л. т. Для знаходження зв'язку з цим використовується поняття середнього кутового коефіцієнта випромінювання, який показує, яка частка полусферического ( тобто випускається в усіх напрямках в межах півсфери) випромінювання деякої поверхні, що входить в систему Л. т., падає на дану поверхню. Таким чином, потік Qпад на будь-які поверхні, що входять в систему Л. т., Визначається як сума добутків Qефф всіх поверхонь (включаючи і цю, якщо вона увігнута) на відповідні кутові коефіцієнти випромінювання.

Л. т. Грає значну роль в процесах теплообміну, що відбуваються при температурах близько 1000 ° С і вище. Він широко поширений в різних областях техніки: в металургії, теплоенергетиці, ядерній енергетиці, ракетній техніці, хімічній технології, сушильній техніці, геліотехніці.

Літ .: Невський А. С., Теплообмін випромінюванням в металургійних печах і топках котлів, Свердловськ, 1958; Блох А. Г., Основи теплообміну випромінюванням, М. - Л., 1962; Ісаченко В. П., Осипов В. А., Сукомел А. С., Теплопередача, М., 1969.

В. А. Арутюнов.

Схематичне зображення потоків випромінювання при променистому теплообміні.