2014-04-09
2049
Процесс переноса теплоты в пространстве путем электромагнитных волн протекает следующим образом: часть внутренней энергии нагретого тела превращается в лучистую и в виде электромагнитных волн распространяется по всем направлениям пространства. Достигнув других тел, электромагнитные волны частично поглощаются и их энергия снова превращается в теплоту. Следовательно, тела не только излучают, но и поглощают лучистую энергию. Поэтому говорят не просто об излучении, а о теплообмене излучением.
Большинство твердых и жидких тел излучают энергию во всем интервале длин волн: от 0 до ¥, т.е. имеют сплошной спектр излучения. В отличие от них чистые металлы и газы излучают и поглощают энергию лишь в определенных интервалах длин волн. Такое излучение называется выборочным или селективным.
Твердые и жидкие тела обладают высокой поглощательной способностью. В процессе излучения и поглощения участвуют тонкие поверхностные слои. Такой процесс называют поверхностным. Для газов характерна низкая поглощательная способность, в результате чего в излучении и поглощении участвуют все частицы данного объема. Такое излучение рассматривают как объемное.
|
|
|
Излучение в большей степени, чем теплопроводность и конвекция, зависит от температуры и среды, а кроме того, может осуществляться и в вакууме.
Виды тепловых потоков. Для количественной характеристики переноса теплоты при поверхностном излучении применяются следующие величины.
Полный (интегральный) поток излучения Q, Вт – это количество теплоты, излучаемое с поверхности тела F во всем диапазоне длин волн (от 0 до ¥) и по всем направлениям полусферического пространства.
Поверхностная плотность (излучательная способность) потока излучения 
или Е, Вт/м2, – это полный лучистый поток с единицы поверхности тела:
,
отсюда 
или, если E = const, Q = E F.
Спектральная плотность потока излучения 
, Вт/м3 представляет собой плотность потока излучения в бесконечно малом интервале длин волн:
,
отсюда 
.
Угловая плотность потока излучения 
, Вт/(м2×ср), – плотность потока излучения в направлении угла y в пределах телесного угла dw, отнесенная к этому углу:
.
Интенсивность или яркость излучения J – угловая плотность потока излучения, отнесенной к единице площадки, нормальной к направлению с углом y:
.
Если интенсивность излучения не зависит от направления, то его называют диффузным.
Разновидности полусферического излучения. Излучение, определяемое природой тела и его температурой, называется собственным: его обозначают Q,q, E, El и т.д.
Излучение, которое падает на данное тело со стороны других тел, называется падающим и обозначается 
или 
. Пусть на поверхность некоторого тела падает излучение, равное . В общем случае часть его отразится, часть поглотится, а часть пройдет сквозь тело. Тогда баланс энергий можно записать в виде
|
|
|
или 
,
где 
– коэффициент поглощения; 
– коэффициент отражения; 
– коэффициент проницаемости.
Тогда 
.
Если А = 1, т.е. вся падающая энергия поглощаются, то тело называется абсолютно черным. Если R = 1, т.е. вся падающая энергия отражается, то тело называют абсолютно белым. Если D = 1, т.е. вся лучистая энергия проходит через тело, то его называют абсолютно прозрачным или диатермичным. Если А < 1 и коэффициент поглощения не зависит от длины волны, то тело называется серым. Для твердых и жидких тел D = 0, поэтому
A + R = 1.
Сумма собственного и отраженного излучения называется эффективным излучением:
, 
.
Поскольку тела не только излучают энергию, но и поглощают энергию, падающую со стороны других тел, то необходимо знать результирующий поток теплоты. Результирующее излучение представляет собой разность между энергией, посылаемой телом в пространство (эффективным излучением), и падающей на него со стороны других тел:
, 
.
Уравнение для 
перепишется следующим образом:
.
Для непрозрачных тел (1 – R) = A, поэтому
.
Установим связь между 
, E и . Для этого из уравнения (3.11) выразим
,
а
.
, 
.)
Эта формулы имеют большое значение при анализе процессов теплообмена излучением.
