Расчёты при лучистом теплообмене

Применяемые в технике материалы обычно являются непрозрачными для тепловых лучей, следовательно, такие материалы будут излучать в окружающее пространство собственную и отражённую энергию.

Закон Стефана-Больцмана (ф. 11.5) показывает, что даже при небольшом росте температуры Т энергия излучения тела Е сильно возрастает.

Так, например, при возрастании температуры газа с 1000 до 3000 К, т.е. в три раза, излучательная способность возрастает в 3⁴, т.е. в 81 раз. Поэтому при расчёте и эксплуатации элементов тепловых двигателей обязательно надо учитывать тепловые потоки, возникающие за счёт излучения газов (продуктов сгорания) и нагретых стенок.

В качестве примера рассмотрим случай теплообмена между двумя плоскими параллельными стенками, имеющими температуры Т ₁ и Т ₂ (Т ₁ > Т ₂).

На основании приведённых ранее законов излучения, поглощения и отражения можно получить следующую формулу для определения количества тепла, переданного лучистым теплообменом через один квадратный метр в единицу времени q _л от более нагретой к менее нагретой стенке:

(11.15)

Здесь ε _пр – приведенная степень черноты системы тел, определяемая по формуле

где ε ₁ и ε ₂ – степень черноты первого и второго тела;

С ₀ – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

В случае теплообмена между газом, имеющим температуру Т _г, и стенкой количество переданного газом тепла стенке определяется по формуле

, (11.16)

где = 0,5 ∙ (ε _ст + 1) – эффективная степень черноты стенки;

ε _г – степень черноты газа при температуре стенки;

ε _ст – степень черноты стенки.