ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН


ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН
ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН

       
(радиационный теплообмен, лучистый перенос), перенос энергии от одного тела к другому (а также между частями одного и того же тела), обусловленный процессами испускания, распространения, рассеяния и поглощения эл.-магн. излучения. Каждый из этих процессов подчиняется определ. закономерностям. Так, в условиях равновесного теплового излучения испускание и поглощение подчиняются Планка закону излучения, Стефана — Больцмана закону излучения, Кирхгофа закону излучения; распространение эл.-магн. излучения — закону независимости лучистых потоков (принцип суперпозиции). Рассеяние и поглощение в общем случае определяются свойствами в-ва (составом, темп-рой, плотностью).
Существ. отличие Л. т. от др. видов теплообмена (конвекции, теплопроводности) заключается в том, что он может протекать при отсутствии матер. среды, разделяющей поверхности теплообмена, т. к. эл.-магн. излучение распространяется и в вакууме. Важной хар-кой Л. т. явл. пробег излучения — ср. путь, проходимый фотоном без вз-ствия с в-вом, он зависит от плотности среды, в к-рой происходит распространение излучения, и степени её непрозрачности.
Л. т. между разл. телами происходит в природе постоянно; теория Л. т. имеет фундам. значение для описания теплофиз. процессов, а также для расчёта внутр. строения звёзд, физики звёздных атмосфер и газовых туманностей. (см. ПЕРЕНОС ИЗЛУЧЕНИЯ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

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 темп-ры).

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/м 2], где 2556-42.jpg Вт/м 2 К 4 - Стефана - Больцмана постоянная, Т - темп-pa тела. Плотность потока моно-хроматич. излучения в полусферу в узком интервале длин волн 2556-43.jpgописывается ф-лой Планка:

2556-44.jpg

Здесь C1 и С2 - константы, 2556-45.jpg Вт*м 2, 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 H эфф 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 H отр 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. Ф 12 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.jpgи 2556-73.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 этом 2556-78.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 А 2, 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. темп-рой 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 излучения 2556-85.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 толщина2556-87.jpgсреды, к-рая равна отношению характерного размера L излучающего объёма V к ср. длине свободного пробега излучения 2556-88.jpg Безразмерную оптич. толщину 2556-89.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 темп-ры, 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 Био 2556-96.jpg пропорц. отношению коэффициентов лучистой 2556-97.jpg " и молекулярной 2556-98.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 темп-р тел и пламён, измерении лучистых тепловых потоков (радиометры), поглощат. способности тел и др.

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

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН" в других словарях:

  • ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН — то же, что радиационный теплообмен …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН — (радиационный теплообмен), вид переноса ЭНЕРГИИ через атмосферу или космическое пространство. Энергия Солнца достигает Земли путем лучистого обмена или как ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, а также как излучение в видимой части спектра и другие… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • лучистый теплообмен — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN radiation [radiative] exchange …   Справочник технического переводчика

  • лучистый теплообмен — то же, что радиационный теплообмен. * * * ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН, то же, что радиационный теплообмен (см. РАДИАЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕН) …   Энциклопедический словарь

  • лучистый теплообмен — ▲ теплообмен ↑ посредством, излучение, теплота тепловое излучение. припек. припекать. пригревать (солнце пригревает все сильнее). пекло. печь. ▼ излучение Солнца …   Идеографический словарь русского языка

  • Лучистый теплообмен —         радиационный теплообмен, осуществляется в результате процессов превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения и её поглощения веществом. Протекание процессов Л. т. определяется взаимным… …   Большая советская энциклопедия

  • ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН — радиационный теплообмен, теплообмен излучением, теплообмен между телами, осуществляющийся вследствие испускания и поглощения ими электромагнитного излучения. Л. т. может происходить при отсутствии промежуточной среды (напр., обогрев Земли… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН — то же, что радиационный теплообмен …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • лучистый теплообмен — перенос теплоты с поверхности (на поверхность) конструкции за счет электромагнитного излучения. (Смотри: МГСН 2.01 99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению.) Источник: Дом: Строительная терминология , М …   Строительный словарь

  • результирующий лучистый теплообмен от поверхности — (напр. топки котла) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN net surface radiation heat transfer …   Справочник технического переводчика

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.