Тепловое излучение газов

Газы, как и твердые тела, обладают способностью излучать и поглощать лучистую энергию, но для разных газов эта способность различна. Значительной излучательной и поглощательной способностью обладают лишь многоатомные газы СО₂ и Н₂О, образующиеся при горении топлива.

В отличие от большинства твердых тел излучение газов происходит в отдельных участках спектра, т. е. является селективным. Процессы излучения и поглощения лучистой энергии в непрозрачных твердых телах происходят на поверхности. В газах же излучение и поглощение всегда протекают в объеме. При прохождении тепловых лучей через газовую среду плотность лучистого потока уменьшается, что вызывается поглощением и рассеянием тепловых потоков молекулами углекислоты и водяного пара. Ослабление луча в поглощенном газе пропорционально толщине слоя газа s_эф и концентрации поглощающих излучение молекул, характеризуемых их парциальным давлением р. Ослабление лучей также зависит и от температуры газа и определяется спектральным коэффициентом ослабления К_λ, характеризующим способность газовых молекул поглощать и рассеивать лучистые потоки с длинами волн λ.

Газы не отражают падающего на них лучистого потока. Поэтому их по-глощательная способность

                                 (27)

Для монохроматического излучения степень черноты газов ε_г = А_г„ Для интегрального излучения ε_г ≠ А_г, так как поглощение (ослабление) лучей различных длин волн будет различным.

Видно, что коэффициент поглощения или степень черноты экспоненциально зависят от произведения К_λ, р, s_эф. При бесконечном увеличении толщины слоя газа ε → 1. Очевидно, что чем больше коэффициент К_λ тем меньшая толщина s_эф, будет обеспечивать практически бесконечную толщину слоя.

Прохождение тепловых лучей через поглощающую газовую среду сопровождается переходом поглощенного лучистого потока в тепловую энергию, которая газовой средой может снова излучаться. Поэтому перенос лучистой энергии поглощающей средой совершается в результате поглощения и излучения лучистых тепловых потоков.

Расчет радиационного теплообмена начинает с определения эффективной длины луча, м:

                                   (28)

где V - объем излучающего газа, м³; F - поверхность стенок, ограничивающих этот объем, м².

Парциальное давление газов определяется расчетом горения топлива. Спектральный коэффициент ослабления, отнесенный к суммарному излучению углекислоты и водяного пара, вычисляют по формуле А. М. Гурвича, 1/м:

                                 (29)

где Т — температура газа, К;  - суммарное парциальное давление излучающих газов.

Степень черноты газов

                               (30)

Плотность лучистого теплового потока, Вт/м² излучаемого газами на стенки, определяется по формуле Г, Л. Поляка:

                      (31)

где ε - степень черноты стенок; А_г — коэффициент поглощения газа, определяемый аналогично ε _г, но при температуре стенки.