Лекция 15 ТЕПЛОИЗЛУЧЕНИЕ (ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ)

Лекция 15
Автор Дубинин А.М.
ТЕПЛОИЗЛУЧЕНИЕ (ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ)
Теплоизлучение (лучеиспускание) - один из видов передачи тепла.
Во всех телах при Т > 0 возникает излучение. Тепло передается от одного тела, к другому
по закону тепловых (инфракрасных) лучей. Длина волны световых лучей 0,4-0,8 мкм,
длина волны тепловых лучей -0,8-40 мкм.
Рассмотрим случай теплоизлучения
Q= Qa  Qr  Qd
где
Qa - поглощенное тепло,
Qr - отраженное тепло
Q d - тепло пропущенное
Q
Qr
Qd
Разделим каждый член этого уравнения на Q:
Qa Qr Qd


1
Q
Q
Q
A+R+D=1, где A, R, D соответственно коэффициенты поглощения, отражения,
и (свето)пропускания .
Рассмотрим ряд граничных случаев:
Если A  1, то R, D  0 абсолютно черное тело (на практике это
поверхность, покрытая сажей, черный бархат)
Если R  1, то A,D  0 абсолютно белое тело (на практике полированная
поверхность неокрашенного металла)
Если D  1, то A,R  0 диатермическое, абсолютно прозрачное тело (на практике
одноатомные и некоторые двухатомные газы)
Понятие лучеиспускательной способности.
Q
F
E =
 Вт 
 ккал 
 2  или  м 2  час 


м 
Основной закон лучеиспускания – закон Стефана-Больцмана
Лучеиспускание – способность абсолютно черного тела.
Пропорциональна четверной степени его абсолютной температуры.
 T 
E= c0  

 100 
4
где с0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела (величина постоянная,
ккал


 Вт 
равная 4,96  2
или 5,67  2
)
4 
4
 м  час  K 
 м  К 
Практически все тела серые, поэтому вводится понятие степени черноты:

c
c0
 T 
Тогда E=   c 0  

 100 
4
Для теплоизлучения важен также закон Кирхгофа, который гласит, что отношение
лучеиспускательной способности
к её поглощательной способности для всех тел
одинаково и равно лучеиспускательной способности тела при той же температуре и
зависит только от t .
Общая формула передачи тепла для лучеиспускания:
 T1  4  T2  4 
Q  c12  F 
 
     ,
 100   100  
где c1 2 - общий коэффициент излучения системы, зависит от размера тел.
F1  F2
Если
c1 2 
поверхность
(F-
тела),
то
c0
1
1


1 1 1
 1  1 1
1 1
1
 
  
 1
c1 c 2 c0
c0   1  2
 1  2
Например
T1
T2
Если F1  F2 , например, одно тело заключено в другое, то
C12 
1
1 F1  1
1 


 

C1 F2  C 2 C0 
Пример:
Т2, С2, F2
Т1, С1, F1
φ – угловой коэффициент облучённости показывает, какая доля лучей падает на тело.
Например
 1
 1
φ – это угол направления лучей к нормали к поверхности излучаемого тела.
φ можно определить по формуле  
cos 1  cos  2
dF1 dF2
r2
F1 F2

 1
Сложный теплообмен
Часто конвекция сопровождается теплоизлучением.
В этом случае Q  Qконв  Qизл
Qконв    t ст  t жидк   F  
Qизл
- по тепловому закону Ньютона.
 Т ст  4  Т ж  4 
 С12  
 
   F 
 100   100  
Нужно привести эти два выражения к унифицированной форме.
Разделим и умножим последнее на t ст  t жидк , тогда
Qизл 
Отсюда
видно,
теплоотдачи
что
 Т ст  4  Т ж  4 
С1 2  
 
 
 100   100  
t ст  t жидк 
 Т ст  4  Т ж  4 
С1 2  
 
 
 100   100  
t ст  t жидк 
 t ст  t жидк   F   .
имеет
размерность
коэффициента
Вт
. Обозначим ее  изл .
м  град
2
Следовательно, можно записать, что
Q   конв   изл   t ст  t жидк   F     прив  t ст  t жидк   F  
 прив - приведённый коэффициент теплоотдачи, который показывает количество тепла,
отдаваемого или воспринимаемого единицей поверхности теплопередачи в единицу
времени за счёт конвекции и излучения.
Важно
учитывать
излучательную
составляющую
при
расчёте
печей,
теплообменников с ребристой поверхностью, колориферов, при электрообогреве,
например в дуговых печах.