Теплообмен излучением. Лучистый теплообмен реферат

Реферат: Теплообмен излучением

Размещено на

РЕФЕРАТ

Теплообмен излучением

Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одинакова. Они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Электромагнитные волны различаются между собой длиной волны.

В зависимости от длины волны ? лучи обладают различными свойствами. Наименьшей длиной волны обладают космические лучи ? = (0,1 - 10)оА (где оА - ангстрем, единица длины, 1оА = 10-10м). Гамма-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, имеют длину волны до 10оА; лучи Рентгена имеют ? = (10-200) оА; у ультрафиолетовых лучей ? = 200оА - 0,4 мк (мк - микрон, 1 мк - 0,001 мм), световые лучи : ? = (0,4-0,8)мк, инфракрасные или тепловые лучи : ? = (0,8 - 400) мк, радио или электромагнитные лучи: ? > 400 мк. Из всех лучей наибольший интерес для теплопередачи представляют тепловые лучи с ? = (0,8 - 400) мк.

Лучеиспускание свойственно всем телам, и каждое из них излучает и поглощает энергию непрерывно, если температура его не равна 0°К. При одинаковых или различных температурах между телами, расположенными как угодно в пространстве, существует непрерывный лучистый теплообмен.

При температурном равновесии тел количество отдаваемой лучистой энергии будет равно количеству поглощаемой лучистой энергии. Жидкие и твёрдые тела испускают лучи всех длин волн от малых до больших.

Суммарное излучение с поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным лучистым потоком (Q).

Интегральный лучистый поток, излучаемый единицей поверхности по всем направлениям, называется излучательной способностью тела и обозначается

Е = dФ / dF [вт/м2], (1)

где dФ - элементарный лучистый поток, испускаемый элементом поверхности dF.

Каждое тело способно не только излучать, но и отражать, поглощать и пропускать через себя падающие лучи от другого тела. Если обозначить общее количество лучистой энергии, падающей на тело, через Q, то часть энергии, равная А, поглотится телом, часть, равная R, отразится, а часть, равная D, пройдет сквозь тело. Отсюда

Q = QA + QR + QD, (2)

или

A + R + D = 1 (3)

Величину А называют коэффициентом поглощения. Он представляет собой отношение поглощенной лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Величину R называют коэффициентом отражения. R есть отношение отраженной лучистой энергии ко всей падающей. Величину D называют коэффициентом проницаемости. D есть отношение прошедшей сквозь тело лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Для большинства твердых тел, практически не пропускающих сквозь себя лучистую энергию

А + R = 1. (4)

Если поверхность поглощает все падающие на нее лучи, т. е. А = 1, R = 0 и D = 0, то такую поверхность называют абсолютно черной. Если поверхность отражает полностью все падающие на нее лучи, то такую поверхность называют абсолютно белой. При этом R = 1, А = 0, D = 0. Если тело абсолютно проницаемо для тепловых лучей, то D = 1, R = 0 и A = 0. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует, тем не менее понятие о них является очень важным для сравнения с реальными поверхностями.

Кварц для тепловых лучей непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых лучей прозрачен. Каменная соль прозрачна для тепловых лучей и непрозрачна для ультрафиолетовых лучей. Оконное стекло прозрачно для световых лучей, а для ультрафиолетовых и тепловых почти непрозрачно. Белая поверхность (ткань, краска) хорошо отражает лишь видимые лучи, а тепловые лучи поглощает также хорошо, как и темная. Таким образом, свойство тел поглощать или отражать тепловые лучи зависят в основном от состояния поверхности, а не от ее цвета.

Если поверхность отражает лучи под тем же углом, под которым они падают на нее, то такую поверхность называют зеркальной. Если падающий луч при отражении расщепляется на множество лучей, идущих по всевозможным направлениям, то такое отражение называют диффузным (например, поверхность мела).

Все реальные тела, используемые в технике, не являются абсолютно черными и при одной и той же температуре излучают меньше энергии, чем абсолютно черное тело. Излучение реальных тел также зависит от температуры и длины волны. Чтобы законы излучения черного тела можно было применить для реальных тел, вводится понятие о сером теле и сером излучении. Под серым излучением понимают такое, которое аналогично излучению черного тела, но интенсивность лучей для каждой длины волны I? при любой температуре составляет неизменную долю от интенсивности излучения черного тела Is?, т.е. существует отношение:

I? / Is? = ? = const. (5)

Величину ? называют степенью черноты. Она зависит от физических свойств тела. Степень черноты серых тел всегда меньше единицы.

Большинство реальных твердых тел с определенной степенью точности можно считать серыми телами, а их излучение - серым излучением. Энергия интегрального излучения серого тела равна:

Е = ? ·E0 = ?·С0· (Т/100)4 = С· (Т/100)4 (6)

Здесь

E0 = ?·(Т/100)4 (7)

E0 - плотность потока интегрального излучения абсолютно чёрного тела (закон Стефана-Больцмана), ? - степень черноты,

С0= 5,67 вт/м2 ·(0К )4 -(8)

С0 коэффициент излучения абсолютно чёрного тела. Лучеиспускательная способность серого тела составляет долю, равную ?, от лучеиспускательной способности черного тела.

Величину С = ?·С0 называют коэффициентом излучения серого тела. Величина С реальных тел в общем случае зависит не только от физических свойств тела, но и от состояния поверхности или от ее шероховатости, а также от температуры и длины волны. Значения коэффициентов излучения и степеней черноты тел берут из таблиц.

Таблица 1. Степень черноты полного нормального излучения для различных материалов

www.tnu.in.ua

Теплообмен излучением - Информация

РЕФЕРАТ

Теплообмен излучением

Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одинакова. Они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Электромагнитные волны различаются между собой длиной волны.

В зависимости от длины волны λ лучи обладают различными свойствами. Наименьшей длиной волны обладают космические лучи λ = (0,1 - 10)оА (где оА - ангстрем, единица длины, 1оА = 10-10м). Гамма-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, имеют длину волны до 10оА; лучи Рентгена имеют λ = (10-200) оА; у ультрафиолетовых лучей λ = 200оА - 0,4 мк (мк - микрон, 1 мк - 0,001 мм), световые лучи : λ = (0,4-0,8)мк, инфракрасные или тепловые лучи : λ = (0,8 - 400) мк, радио или электромагнитные лучи: λ > 400 мк. Из всех лучей наибольший интерес для теплопередачи представляют тепловые лучи с λ = (0,8 - 400) мк.

Лучеиспускание свойственно всем телам, и каждое из них излучает и поглощает энергию непрерывно, если температура его не равна 0К. При одинаковых или различных температурах между телами, расположенными как угодно в пространстве, существует непрерывный лучистый теплообмен.

При температурном равновесии тел количество отдаваемой лучистой энергии будет равно количеству поглощаемой лучистой энергии. Жидкие и твёрдые тела испускают лучи всех длин волн от малых до больших.

Суммарное излучение с поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным лучистым потоком (Q).

Интегральный лучистый поток, излучаемый единицей поверхности по всем направлениям, называется излучательной способностью тела и обозначается

Е = dФ / dF [вт/м2], (1)

где dФ - элементарный лучистый поток, испускаемый элементом поверхности dF.

Каждое тело способно не только излучать, но и отражать, поглощать и пропускать через себя падающие лучи от другого тела. Если обозначить общее количество лучистой энергии, падающей на тело, через Q, то часть энергии, равная А, поглотится телом, часть, равная R, отразится, а часть, равная D, пройдет сквозь тело. Отсюда

= QA + QR + QD, (2)

или

+ R + D = 1 (3)

Величину А называют коэффициентом поглощения. Он представляет собой отношение поглощенной лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Величину R называют коэффициентом отражения. R есть отношение отраженной лучистой энергии ко всей падающей. Величину D называют коэффициентом проницаемости. D есть отношение прошедшей сквозь тело лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Для большинства твердых тел, практически не пропускающих сквозь себя лучистую энергию

А + R = 1. (4)

Если поверхность поглощает все падающие на нее лучи, т. е. А = 1, R = 0 и D = 0, то такую поверхность называют абсолютно черной. Если поверхность отражает полностью все падающие на нее лучи, то такую поверхность называют абсолютно белой. При этом R = 1, А = 0, D = 0. Если тело абсолютно проницаемо для тепловых лучей, то D = 1, R = 0 и A = 0. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует, тем не менее понятие о них является очень важным для сравнения с реальными поверхностями.

Кварц для тепловых лучей непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых лучей прозрачен. Каменная соль прозрачна для тепловых лучей и непрозрачна для ультрафиолетовых лучей. Оконное стекло прозрачно для световых лучей, а для ультрафиолетовых и тепловых почти непрозрачно. Белая поверхность (ткань, краска) хорошо отражает лишь видимые лучи, а тепловые лучи поглощает также хорошо, как и темная. Таким образом, свойство тел поглощать или отражать тепловые лучи зависят в основном от состояния поверхности, а не от ее цвета.

Если поверхность отражает лучи под тем же углом, под которым они падают на нее, то такую поверхность называют зеркальной. Если падающий луч при отражении расщепляется на множество лучей, идущих по всевозможным направлениям, то такое отражение называют диффузным (например, поверхность мела).

Все реальные тела, используемые в технике, не являются абсолютно черными и при одной и той же температуре излучают меньше энергии, чем абсолютно черное тело. Излучение реальных тел также зависит от температуры и длины волны. Чтобы законы излучения черного тела можно было применить для реальных тел, вводится понятие о сером теле и сером излучении. Под серым излучением понимают такое, которое аналогично излучению черного тела, но интенсивность лучей для каждой длины волны I при любой температуре составляет неизменную долю от интенсивности излучения черного тела Is, т.е. существует отношение:

λ / Isλ = ε = const. (5)

Величину ε называют степенью черноты. Она зависит от физических свойств тела. Степень черноты серых тел всегда меньше единицы.

Большинство реальных твердых тел с определенной степенью точности можно считать серыми телами, а их излучение - серым излучением. Энергия интегрального излучения серого тела равна:

Е = ε E0 = εС0 (Т/100)4 = С (Т/100)4 (6)

Здесь

= σ(Т/100)4 (7)

- плотность потока интегрального излучения абсолютно чёрного тела (закон Стефана-Больцмана), ε - степень черн

www.studsell.com

Лучистый теплообмен

Количество просмотров публикации Лучистый теплообмен - 574

Тепловое излучение. Под тепловым излучением понимают перенос теплоты от одного тела к другому при помощи электромагнитных волн определœенной длины. Способность переносить тепловую энергию обладают электромагнитные волны с длиной от 0,4 до 800 мкм. Этот диапазон входят световые лучи (ультрафиолетовые) с длиной 0,4–0,8 мкм и инфракрасные (тепловые) лучи с длиной 0,8–800 мкм. Роль светового излучения ощутима только при очень высоких температурах рабочих тел. При температурах же, характерных для промышленных энергетических установок, практически вся теплота передается инфракрасными лучами.

Количество теплоты, излучаемой с единицы поверхности в единицу времени называют поверхностной плотностью излучения или излучательной способностью тела Е [Вт/м2]. Ели тело имеет поверхность F, то количество теплоты, излученной с этой поверхности, будет найдено

, Вт. (2.44)

Излучательная способность не зависит от температуры окружающих тел, а зависит только от собственной температуры тела (чем выше температура, тем короче длина волны и интенсивнее излучение).

Обычно при попадании на тело лучистого потока теплоты, часть его поглощается телом ЕА, часть отражается ЕR, часть проходит сквозь тело ED:

. (2.45)

Разделив выражение (2.45) на Епад, получим

или (2.46)

В случае если обозначить за А – коэффициент поглощения тела, D – коэффициент пропускания тела; R – коэффициент отражения тела, то исходя из распределœения лучистой энергии на поверхности тела можно выделить следующие виды тел:

А) абсолютно черное (А = 1), тело полностью поглощает падающую на него тепловую энергию;

Б) абсолютно белое (R = 1), тело полностью отражает падающую тепловую энергию;

В) абсолютно прозрачное (D = 1), тело полостью проводит падающую тепловую энергию через себя.

Нужно отметить, что в природе таких тел не существует, есть только тела, приближающиеся к ним, то есть всœе тела серые ().

При поглощении и отражении лучистой тепловой энергии основное значение имеет не цвет, а состояние поверхности тела. К примеру, белая поверхность хорошо отражает только световые, а тепловые может поглощать также хорошо, как и черная. На способность отражения (поглощения) тепловой энергии телами влияет также и состояние поверхности. Шероховатая поверхность рассеивает лучи при отражении, и они могут попадать снова на поверхность. В этом случае поверхность называют матовой. В случае если поверхность достаточно гладкая, то рассеивания не происходит и поверхность в данном случае называют зеркальной (глянцевой).

Для большинства твердых и газообразных тел поглощение теплового потока происходит в начальном поверхностном слое и не зависит от толщины самого тела. Для газов, имеющих малую концентрацию молекул, процесс поглощения лучистой энергии носит объёмный характер. Размещено на реф.рфТо есть коэффициент поглощения будет зависеть от объёма газа, его давления и концентрации поглощающих молекул.

Суммарный процесс взаимного излучения, поглощения, отражения и пропускания лучистой энергии в системе тел принято называть лучистым теплообменом.

Связь между излучательной и поглощательной способностью устанавливает закон Кирхгофа, согласно которому наибольшее возможное количество теплоты излучается черным телом, а количество энергии, излучаемое единицей поверхности серого тела, прямо пропорционально его коэффициенту поглощения:

. (2.47)

Коэффициент поглощения А также еще называют степенью черноты.

Тогда отношение излучательной способности к поглощательной для всœех тел одинаково и равно излучательной способностью абсолютно черного тела:

. (2.48)

Взаимосвязь между интенсивностью излучения и длинами волн устанавливает закон Планка:

. (2.49)

где I – интенсивность излучения, λ – длина волны; Т – абсолютная температура поверхности тела.

Ученым В. Вином было установлено, что произведение максимальной длины волны и абсолютной температуры тела есть величина постоянная:

, м·К. (2.50)

Полное количество энергии, излучаемое абсолютно черным телом, определяется законом Стефана-Больцмана:

. (2.51)

Количество энергии, излучаемое абсолютно черным телом, прямопропорционально четвертой степени его абсолютной температуре.

Здесь с0 = 5,67 Вт/(м2∙К4) – постоянная Стефана-Больцмана.

Закон Стефана-Больцмана определяет общее количество энергии, излучаемое телом по всœем направлениям, однако взятый по различным направлениям лучистый поток будет не одинаков. В случае если тело излучает энергию по направлению к другому телу под определœенным углом, то согласно закону Ламберта͵ количество излученной этим телом энергии можно найти

. (2.52)

где Еn – количество энергии излучаемой по нормали, проведенной к поверхности тела.

При расчете лучистого теплообмена между телами крайне важно учитывать температуры, степени черноты и площади теплообменных поверхностей каждого тела участвующего в теплообмене, а также их форму и взаимное расположение.

Количество теплоты излучаемым одним телом по отношению к другому, в случае если поверхности теплообмена этих тел являются параллельными и разделœенными прозрачной средой, определяется

, Вт, (2.53)

где Апр –– приведенная степень черноты тел, участвующих в теплообмене,

, (2.54)

где А1 и А2 – соответственно степень черноты первого и второго тела.

В случае если параллельные тела разделœены между собой непрозрачными телами, то

, (2.55)

где n – количество экранов.

В случае если одно тело при излучении находится внутри плоскости другого тела, то

. (2.56)

где F1 и F2 – соответственно поверхности излучения первого и второго тела.

При излучении теплового потока с поверхности твердых тел в газообразную среду можно также использовать также формулу (2.53), подставив вместо Апр степень черноты твердого тела.

Теплопередача

Термином теплопередача принято называть процесс передачи теплоты между двумя средами разделœенных стенкой. Это наиболее из распространенных процессов переноса теплоты. При теплопередаче теплота переносится одновременно несколькими способами. По этой причине она является процессом сложного теплообмена. Так на приведенной схеме (рис. 2.10) теплота от горячей жидкости 1 с температурой t1 при коэффициенте теплоотдачи α1 передается конвекцией стенке 2, затем – теплопроводностью через стенку и далее от стенки конвекцией к жидкости 3, имеющей температуру t2, при коэффициенте теплоотдачи α2. При стационарном режиме значение теплового потока остается постоянным во всœех областях теплопередачи, ᴛ.ᴇ.

, (2.57)

где ; (2.58)

; (2.59)

. (2.60)

В случае если выразить из этих формул (2.58, 2.59, 2.60) температурные напоры и сложить их, то получим суммарный температурный напор:

. (2.61)

Отсюда следует выражение теплового потока

, (2.62)

где – полное термическое сопротивление теплопередаче; и – частные термические сопротивления теплоотдачи; – частное термическое сопротивление теплопроводности.

Формулу (2.62) можно представить в ином виде, в случае если подставить в нее , называемый коэффициентом теплопередачи:

. (2.63)

Коэффициент теплопередачи численно равен количеству теплоты, передаваемой в единице времени, через единицу площади поверхности при перепаде температур 1 градус между горячей и холодной средой.

Таким же способом модно получить формулы для расчета теплового потока, передаваемого теплопередачей:

- для многослойной плоской стенки

; (2.64)

- для многослойной цилиндрической стенки

. (2.65)

referatwork.ru

Смотрите также

• 
  Луиджи гальвани реферат
• 
  Либеральная демократия реферат
• 
  Культура кыргызстана реферат
• 
  Компьютерная этика реферат
• 
  Интернет трейдинг реферат
• 
  Задающие устройства реферат
• 
  Желудочковая тахикардия реферат
• 
  Жидкостное охлаждение реферат
• 
  Договорная документация реферат
• 
  Диффузия инноваций реферат
• 
  Вуду религия реферат