к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Лучистый теплообмен (радиационный теплообмен)

Лучистый теплообмен (радиационный теплообмен) - процесс переноса энергии, обусловленный превращением части внутр. энергии вещества в энергию излучения (испусканием эл--магн. волн, или фотонов), переносом излучения в пространстве со скоростью света и его поглощением веществом (обратным превращением энергии эл--магн. волн во внутр. энергию). При этом перенос излучения в материальной среде может сопровождаться поглощением и рассеянием, а также собств. излучением среды. Однако для Л. т. наличие материальной среды между телами не является необходимым, что принципиально отличает Л. т. от др. видов теплообмена (теплопроводности, конвективного теплообмена). Передача теплоты излучением может происходить в разл. областях спектра (в зависимости от температуры).

Испускание лучистой энергии (тепловое излучение) абсолютно чёрного тела описывается Стефана - Больцмана законом излучения и Планка законом излучения. Применительно к условиям термодинамич. равновесия закон Стефана - Больцмана даёт выражение для плотности потока интегрального излучения в полусферу, испускаемого поверхностью абсолютно чёрного тела в пределах полусферич. телесного угла во всём интервале длин волн от 0 до 2556-40.jpg, 2556-41.jpg [Вт/м2], где 2556-42.jpg Вт/м2К4 - Стефана - Больцмана постоянная, Т - темп-pa тела. Плотность потока моно-хроматич. излучения в полусферу в узком интервале длин волн2556-43.jpgописывается ф-лой Планка:

2556-44.jpg

Здесь C1 и С2 - константы, 2556-45.jpg Вт*м2, а 2556-46.jpgм*К. Излучат. свойства реальных тел отличаются от свойств абсолютно чёрного тела, что учитывается с помощью спец. коэф.- степени черноты, к-рый в зависимости от того, относится он к интегральному или монохроматич. излучению, наз. интегральной степенью черноты (2556-47.jpg) или спектральной степенью черноты (2556-48.jpg). В результате плотности потоков интегрального и монохроматич. излучения для реального тела описываются выражениями 2556-49.jpg; 2556-50.jpg . Тела, у к-рых спектральная степень черноты не зависит от длины волны излучения, наз. серыми телами.

Перенос излучения в материальной среде в произвольном направлении s описывается в общем случае интегродифференц. ур-нием

2556-51.jpg

где 2556-52.jpg - спектральная интенсивность излучения,2556-53.jpg =2556-54.jpg - спектральная интенсивность излучения абсолютно чёрного тела, 2556-55.jpg - спектральный коэф. поглощения излучения в среде, 2556-56.jpg- спектральный коэф. рассеяния излучения, 2556-57.jpg- индикатриса рассеяния (см. также Перенос излучения ).Рассеяние излучения характеризуется вторым слагаемым в правой части ур-ния (1) и существенно для сред, содержащих конденсированные частицы (твёрдые или жидкие), напр. для топок и камер сгорания, работающих на твёрдом топливе. При Л. т. в газообразной среде рассеянием излучения, как правило, можно пренебречь и перенос излучения описывать ур-нием

2556-58.jpg

При рассмотрении Л. т. в системе тел вводятся понятия эффективного и результирующего излучения. Плотность эфф. излучения Hэфф представляет собой сумму плотностей собств. и отражённого излучения, т. е. сумму всех видов излучения, уходящих от поверхности тела:

2556-59.jpg

В свою очередь плотность отражённого излучения Hотр может быть выражена через плотность падающего на поверхность излучения:

2556-60.jpg

где 2556-61.jpg- отражат. способность поверхности тела. Для непрозрачных тел отражат. 2556-62.jpgи поглощат. 2556-63.jpg способности связаны соотношением 2556-64.jpg . Понятие эфф. излучения может применяться как к интегральному, так и к монохроматич. (спектральному) излучению. Плотность потока результирующего излучения равна разности суммарных потоков излучения, уходящих от поверхности тела и приходящих к ней:

2556-65.jpg

где 2556-66.jpg - плотность поглощённого излучения.

При расчёте Л. т. между отд. телами важную роль играет понятие углового коэф., или коэф. взаимной облучённости. Если тело 1 испускает энергию, а тело 2 её поглощает, то угл. коэф. Ф12 представляет собой отношение потока энергии, испускаемого телом 1 и падающего на поверхность тела 2, к полному потоку энергии, испускаемому телом 1. Если излучение тела является диффузным, т. е. подчиняется Ламберта закону2556-67.jpg , коэф. взаимной облучённости тел конечных размеров ' имеет вид

2556-68.jpg

где 2556-69.jpg и 2556-70.jpg- излучающая и принимающая элементарные площадки на поверхности тел, 2556-71.jpg- расстояние между площадками, 2556-72.jpgи2556-73.jpg- углы между нормалями к площадкам и соединяющей их прямой (рис.). Коэф. взаимной облучённости для двух тел обладают свойством взаимности 2556-74.jpg, а для тел, образующих замкнутую систему, т. е. систему, излучение из к-рой не может выходить за её пределы, имеет место свойство замкнутости, представляющее собой следствие из закона сохранения энергии: . В это выражение входит в т. ч. т. н. коэф. самооблучённости 2556-77.jpg, характеризующий долю излучения, испускаемого i-м телом и падающего на него самого. При этом2556-78.jpg лишь для вогнутых поверхностей. Через угловой коэф. может быть выражена плотность потока излучения, падающего на тело 2556-79.jpg со стороны тела 2556-80.jpg:2556-81.jpg2556-76.jpg

2556-75.jpg

Схема переноса излучения между 2 элементарными площадками: 1 - излучающая площадка на поверхности А1; 2 - площадка на поверхности А2, принимающая излучение.


Для 2556-82.jpg диатермичной среды, не испускающей, не поглощающей и не рассеивающей излучение, расчёт Л. т. в системе излучающих, поглощающих и отражающих поверхностей с заданной пост. температурой 2556-83.jpg при наличии упрощающих предположений, что поверхность является непрозрачной и её степень черноты равна поглощат. способности, сводится к линейной системе алгебраич. ур-ний:

2556-84.jpg

Система, составленная из N ур-ний вида (3), может быть решена методами линейной алгебры. В результате получают значения плотности потоков полусферического эффективного излучения2556-85.jpg для каждой поверхности.

Если темп-pa ограничивающих поверхностей переменна, то вместо системы алгебраич. ур-ний (3) пользуются линейным интегральным ур-нием Фредгольма:

2556-86.jpg

где r1 - радиус-вектор рассматриваемой точки поверхности, а r2 - радиус-вектор текущей точки при интегрировании по всем ограничивающим поверхностям.

Если оптич. свойства поверхностей имеют селективный характер, т. е. зависят от длины волны излучения, ур-ния (3) разрешаются относительно монохроматич. (спектральных) потоков излучения для разл. спектральных интервалов, после чего соответствующие интегральные характеристики получают интегрированием по спектру. Наиб. трудности вызывает учёт отступлений от закона Ламберта для излучат. и отражат. свойств поверхностей. При наличии в системе плоских поверхностей с зеркальными свойствами вводят т. н. разрешающие (или зеркальные) угл. коэф., характеризующие перенос излучения в системе с учётом зеркальных отражений. В общем случае произвольных индикатрис для степени черноты и отражат. способности поверхностей учитывают перенос излучения в системе по всевозможным направлениям методом статистич. испытаний (метод Монте-Карло).

Учёт переноса излучения в системе излучающих поверхностей необходим и в случае, когда среда не является диатермичной. При этом также можно использовать приближённый подход, основанный на введении разрешающих угловых коэф., учитывающих поглощение излучения в объёме между поверхностями.

Расчёт Л. т. между излучающими, поглощающими и рассеивающими средами и поверхностями основан на решении интегродифференц. ур-ния переноса излучения (1), к-рое в отсутствие рассеяния сводится к дифференц. ур-нию (2). При этом важную роль играет селективный (т. е. зависящий от длины волны) характер излучения газов при высоких темп-pax. Строгий расчёт Л. т. в этой ситуации вызывает значит. трудности. Широкое распространение получили приближённые методы. При этом определяющим фактором является оптическая толщина 2556-87.jpgсреды, к-рая равна отношению характерного размера L излучающего объёма V к ср. длине свободного пробега излучения 2556-88.jpg Безразмерную оптич. толщину2556-89.jpg наз. также числом Бугера:2556-90.jpg

Если 2556-91.jpg (оптически тонкий слой), то можно пренебречь ослаблением излучения в объёме. При этом для расчёта интегрального потока излучения вводят ср. коэф. излучения по Планку:

2556-92.jpg

В случае 2556-93.jpg (оптически толстый слой) используют приближение лучистой теплопроводности, или диффузионное приближение, при этом плотность потока полусферич. излучения пропорц. градиенту температуры, причём коэф. лучистой теплопроводности равен 2556-94.jpg, где

2556-95.jpg

- ср. коэф. поглощения по Росселанну (S. Rosseland). При совместном действии Л. т., теплопроводности н конвективного теплообмена (сложный теплообмен) относит. вклад разл. видов теплообмена характеризуют критериями подобия. Радиац. число Био2556-96.jpg пропорц. отношению коэффициентов лучистой 2556-97.jpg '' и молекулярной2556-98.jpg теплопроводностей. Число Больцмана (2556-99.jpg - плотность, 2556-100.jpg - скорость потока жидкости 2556-101.jpg или газа, 2556-102.jpg- уд. теплоёмкость при пост. давлении) характеризует отношение плотностей конвективного и лучистого тепловых потоков.

Л. т. определяет такие природные явления, как заморозки на почве и парниковый эффект атмосфер Земли и Венеры; с Л. т. связаны астрофиз. процессы, протекающие в атмосферах планет и звёзд. Важную роль играет Л. т. в ядерных реакторах, топках паровых котлов, камерах сгорания авиационных и ракетных двигателей, в электрич. дугах; Л. т. определяет тепловой режим космич. аппаратов в открытом космосе и тепловые нагрузки при входе спускаемых аппаратов в атмосферу планет со скоростями, превышающими вторую космическую. Законы Л. т. используют при определении яркостной и цветовой температур тел и пламён, измерении лучистых тепловых потоков (радиометры), поглощат. способности тел и др.

Литература по лучистому теплообмену (радиационному теплообмену)

  1. Кутателадзе С. С., Основы теории теплообмена, 5 изд., М., 1979;
  2. Бай Ши-и, Динамика излучающего газа, пер. с англ.. М.. 1968;
  3. Спэрроу Э. М., Сесс Р. Д., Теплообмен излучением, пер. с англ.. Л., 1970;
  4. Мучник Г. Ф., Рубашов И. Б., Методы теории теплообмена, [ч. 2] -Тепловое излучение, М., 1974;
  5. 3игель Р., Xауэлл Дж., Теплообмен излучением, пер. с англ.. М., 1975;
  6. Оцисик М. Н., Сложный теплообмен, пер. с англ., М., 1976;
  7. Блох А. Г., Теплообмен в топках паровых котлов, Л., 1984;
  8. Рубцов Н. А. Теплообмен излучением п сплошных средах, Новосиб., 1984.

Н. А. Анфимов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 17.09.2019 - 05:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 18:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 16:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 03:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Проблема ГМО - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:33: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution