Лучистый теплообмен при наличии экранов

Для уменьшения лучистого теплообмена между телами применяют экраны. Рассмотрим действие экрана на простейшем примере, когда теплообмен происходит между двумя параллельными бесконечными поверхностями (рис.24). Температуры поверхностей Т₁ и Т₂, причем Т₁>Т₂. Между стенками установлен экран. Рассмотрим случай, когда коэффициенты поглощения обеих стенок и экрана одинаковы: А₁=А₂=А_э

Если экрана нет, то плотность теплового потока, переданного излучением от стенки 1 к стенке 2, определится из уравнения (141):

(148)

При наличии экрана плотность теплового потока, переданного от стенки 1 к экрану:

(149)

и от экрана к стенке 2

(150)

Рис .24. Лучистый

теплообмен при на­личии

одного экрана.

Так как по условию А₁=А₂=А_э, то равны и приведенные коэффициенты поглощения для систем (1,Э), (Э,2) и (1,2), т.е.

(151)

Кроме того, для стационарного теплового режима

(152)

т.е. плотности тепловых потоков для систем: поверхность1 - экран, экран - поверхность 2 и поверхность 1 - поверхность 2 через экран будут равны.

Тогда из (147) и (148) может бить определена температура экрана:

,

откуда

(153)

Подставив (153) в любое из выражений (149) или (150), и помня о (151) и (152), получим:

(154)

Таким образом, установка одного экрана, при принятых условиях, ослабляет излучение в 2 раза. Можно показать, что установка двух экранов ослабит излучение в 3 раза, а установка n экранов в (n +1) раз.

Гораздо больший эффект может быть достигнут, если коэффициент поглощения экрана будет меньше коэффициентов поглощения поверхнос­тей 1 и 2. Обычно в качестве экранов используют тонкие полирован­ные листы меди или алюминия, коэффициент поглощения которых очень мал.

Экраны широко применяют в тех случаях, когда надо оградить от действия тепловых лучей, работающих около поверхностей с высокими температурами, для защиты различных приборов, термопар и т.д.

Излучение газов

Газы способны поглощать и излучать энергию. Но не все газы поглощают и излучают энергию. Одноатомные и наиболее распространенные двухатомные газы (воздух, азот, кислород, водород) для тепловых лучей практически прозрачны - диатермичны. Поглощают и излучают энергию трех- и более атомные газы, при этом имеется ряд особеннос­тей поглощения и излучения.

Во-первых, газы излучают и поглощают энергию селективно, т.е. лишь в определенных интервалах длин волн, в так называемых полосах спектра, вне этих полос газы прозрачны.

Во-вторых, в отличие от твердых тел, излучение и поглощение энергии газами происходит не в поверхностном слое, а во всем объеме. При этом по мере прохождения тепловых лучей через слой газа, их энергия уменьшается. Это ослабление зависит от рода газа, температуры и числа, находящихся на пути луча молекул. Число молекул про­порционально толщине слоя газа ℓ и плотности газа (парциальному давлению Р_i).

Следовательно, поглощательная и излучательная способность га­зов зависит от температуры Т, парциального давления газа Р_i; и дли­на пути луча ℓ (толщина газового слоя):

Строго говоря, излучательная способность газов не подчиняется закону Стефана-Больцмана. По опытным данным лучеиспускательная спо­собность СО₂ и Н О, соответственно, равны:

В практических расчетах излучения газов все же используют закон Стефана-Больцмана:

где ε_г=f(T, Р_i, ℓ) - степень черноты газа находится по специальным номограммам; С₀- коэффициент излучения абсолютно черного тела. Эта формула справедлива при излучении газом энергии в пустоту (аб­солютно черное пространство).