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=Аэ
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=Аэ, 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 Рi).
Следовательно, поглощательная и излучательная способность газов зависит от температуры Т, парциального давления газа Рi; 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 εг=f(T, Рi, 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).
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 2777;