Теплообмен излучением презентация

Теплообмен излучением не требует непосредственного контакта тел Теплообмен излучением не требует непосредственного контакта тел Излучение - это процесс распространения электромагнитных волн, испускаемых телом при преобразовании внутренней энергии тела в результате внутримолекулярных и внутриатомных возмущений в лучистую энергию. Лучистой тепловой энергией называют энергию колебаний непрерывного электромагнитного поля в интервале длин волн  от 0,4....0,8 мкм (видимое излучение) до 0,8 мкм...0,8 мм - невидимое излучение (инфракрасное или тепловое, самая большая часть) .

Cпектр длин волн электромагнитных излучений – –излучение ( 0,5 10-1 …10-3 ангстрем и менее); – рентгеновское излучение ( 0,510-1 …15 ангстрем); – ультрафиолетовое излучение ( 0,510-2 …0,4 мкм); – видимое излучение ( 0,40 …0,76 мкм); – инфракрасное излучение ( 0,77…340 мкм); – радиоволновое излучение (от 340 и до нескольких тысяч метров).

Лучеиспускание - процесс превращения внутренней энергии тела в лучистую энергию Лучеиспускание - процесс превращения внутренней энергии тела в лучистую энергию Лучеиспускание может быть непрерывным или селективным (отдельные участки спектра для некоторых газов и паров). Лучеиспускание может быть диффузным (энергия излучается равномерно по всем направлениям) или направленным. Перенос лучистой энергии - процесс ее распространения, определяемый физическими свойствами среды и спектральным составом излучения. Поглощение - процесс превращения части лучистой энергии во внутреннюю энергию тела. Отражение лучистой энергии от поверхности тела может быть диффузным (равномерным во всех направлениях-как у солнца) и зеркальным (по законам геометрической оптики).

Совокупность процессов испускания, переноса, поглощения, отражения и пропускания теплового излучения называют лучистым теплообменом. Совокупность процессов испускания, переноса, поглощения, отражения и пропускания теплового излучения называют лучистым теплообменом. Лучистый теплообмен между телами одинаковой температуры называют равновесным, а такое равновесие - динамическим. Для большинства твердых и жидких тел спектр излучения непрерывный. Это значит, что эти тела излучают (и поглощают) лучи всех длин волн. Распространение энергии в спектре излучающего тела определяется его температурой.

Общее количество лучистой энергии, испускаемой телом в единицу времени, называется лучистым потоком Q, Вт. Общее количество лучистой энергии, испускаемой телом в единицу времени, называется лучистым потоком Q, Вт. Поток излучения Q, проходящий через единицу поверхности A в пределах телесного угла 2, называется поверхностной плотностью потока излучения E=dQ/dA Вт/м2. Излучение в достаточно узком интервале длин волн называют монохроматическим излучением Q Отношение плотности потока монохроматического излучения E=dQ/dA в малом интервале длин волн  к этому интервалу есть интенсивность или спектральная плотность потока излучения, J , J=dE/d, Вт/(м2·м). Интегральное (в диапазоне длин волн =(0…) и монохроматическое излучение связаны соотношениями

Излучение, которое зависит только от свойств и температуры тела, называют собственным. Излучение, которое тело получает от внешнего источника, называют падающим.

Поделив соотношение Епад=ЕА +ЕR +ЕD на величину Епад получим коэффициенты Поделив соотношение Епад=ЕА +ЕR +ЕD на величину Епад получим коэффициенты А + R + D=1, где А - коэффициент поглощения, A=ЕА/Епад; R - коэффициент отражения, R=ЕR /Епад; D - коэффициент пропускания, D=ЕD/Епад. Эти коэффициенты являются безразмерными величинами, которые характеризуют способность тела поглощать, отражать или пропускать тепловое излучение

В предельном случае: R = 0; А = 0; D = 1 (абсолютно прозрачное тело); R = 1; А = 0; D = 0 (абсолютно белое тело); R = 0; A = 1; D = 0 (абсолютно черное тело). Абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует. Для реальных тел коэффициенты A, R и D заключены в диапазонах 0<А<1; 0<R<I и 0<D<I

Наиболее близки к абсолютно черному телу сажа, снег, и бархат (А=0,97…0,98), Наиболее близки к абсолютно черному телу сажа, снег, и бархат (А=0,97…0,98), При небольших температурах источника излучения цвет поверхности не определяет ее поглощательную способность и белые тела так же хорошо поглощают энергию излучения, как и темные, поэтому, для инфракрасного излучения у снега поглощательная способность А = 0,985. к абсолютно белому телу – полированные металлы (R=0,97). Одно- и двухатомные газы практически непрозрачны для теплового излучения (диатермичные), A+Dz1.

СТЕПЕНЬ ЧЕРНОТЫ Жидкие и твердые тела отражающие часть падающего излучения (А<1) не являются абсолютно черными телами. Серым называют непрозрачное тело, коэффициент поглощения которого 0<А<1 не зависит ни от направления падающего излучения, ни от его спектрального состава. Большинство твердых тел можно рассматривать, как серые тела. Степенью черноты  называют отношение плотности собственного излучения Е тела к плотности собственного излучения Е0 абсолютно черного тела при одной и той же температуре:  = Е/Е0. Это справедливо и для монохроматического излучения =Е/Ео

Степень черноты зависит от природы тела, температуры, шероховатости поверхности, а для металлов и от степени окисления поверхности. Степень черноты зависит от природы тела, температуры, шероховатости поверхности, а для металлов и от степени окисления поверхности. Проводники отражают большую часть теплового излучения, их поглощательная (излучательная) способность мала и увеличивается с повышением температуры. Для проводников установлена пропорциональная связь между степенью черноты , температурой Т, К, и удельным электрическим сопротивлением эл; Ом·см,

Коэффициент излучения различных поверхностей

Диэлектрики поглощают большую часть падающего излучения и, соответственно, больше излучают (степень черноты при комнатных температурах 0,8 и больше); Диэлектрики поглощают большую часть падающего излучения и, соответственно, больше излучают (степень черноты при комнатных температурах 0,8 и больше); При этом их поглощательная (излучательная) способность падает с повышением температуры. Указанные положения справедливы в диапазоне температур излучающих поверхностей, пока спектр излучения лежит в инфракрасной области.

Простые газы, такие, как кислород, азот, водород, сухой воздух и т.д., в основном пропускают излучение, и их собственное излучение очень слабое. Простые газы, такие, как кислород, азот, водород, сухой воздух и т.д., в основном пропускают излучение, и их собственное излучение очень слабое. Напротив, водяной пар, окись углерода и углекислый газ при высокой температуре излучают значительное количество тепла на определенных длинах волн. Теплообмен зависит в большой степени от толщины слоя газа. Излучение газов происходит последовательно за счет изменения энергии вращения молекул, вибрации атомов в молекуле, изменения орбит электронов, изменения орбит ядер. При этом энергия излучения, соответственно, увеличивается, а интервал длин волн уменьшается. Так, при Т = 3000 К излучение связано с изменением движения молекул, а при Т = 6000 К - с изменением орбит электронов, в результате чего излучение смещается в видимую часть спектра.

Теплоотдача при тепловом излучении

Количество теплоты, переходящей от более нагретого тела к менее нагретому посредством лучеиспускания, определяется по уравнению: Количество теплоты, переходящей от более нагретого тела к менее нагретому посредством лучеиспускания, определяется по уравнению: где QЛ — количество теплоты, передаваемой лучеиспусканием в единицу времени, Вт; A — площадь поверхности излучения, м2; С1-2 — коэффициент излучения, Вт/(м2·К4); T1 — температура поверхности более нагретого тела, К; Т2 — температура поверхности менее нагретого тела, К;  — угловой коэффициент, безразмерный.

Коэффициент излучения С1-2 зависит от взаимного расположения и степени черноты  излучающих поверхностей, имеющих температуры Т1 и Т2. Если одно тело, площадь поверхности излучения которого равна A1 расположено внутри полого тела с площадью поверхности излучения A2, то A=A1/A2; угловой коэффициент  =1

С1 = 1Сч — коэффициент лучеиспускания меньшего тела; С1 = 1Сч — коэффициент лучеиспускания меньшего тела; С2 = 2Сч ,— коэффициент лучеиспускания большего (охватывающего) тела; Сч = 5,7 Вт/(м2-К4)— коэффициент излучения абсолютно черного тела; 1 и 2 - степени черноты поверхности меньшего и большего тела.

Случай б) Случай б) Если площадь A2 очень велика по сравнению с A1 (например, aппарат в цехе), т. е. отношение A1/A2 близко к нулю, то коэффициент излучения С1-2 = С1. Случай в) Если A1=A2 (две параллельные бесконечно большие поверхности), то

Суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией: к — коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяемый по соответствующим формулам для свободного или вынужденного движения

Для расчета тепловых потерь аппаратов, находящихся в закрытых помещениях, при температуре поверхности аппарата до 150 °С можно пользоваться приближенной формулой Для расчета тепловых потерь аппаратов, находящихся в закрытых помещениях, при температуре поверхности аппарата до 150 °С можно пользоваться приближенной формулой =9,74+0,07·t где  — суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией, Вт/(м2К); t—разность температур поверхности аппарата и окружающего воздуха, К.