Радиационные характеристики

ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН, радиационный теплообмен, теплообмен излучением, - теплообмен между телами, осуществляющийся в результате испускания в-вом электромагн. излучения, переноса этого излучения в пространстве и его поглощения др. в-вом. Л.т. эффективен лишь при достаточно высоких темп-pax тел. В отличие от конвективного теплообмена и теплопроводности, может происходить и в вакууме. Л.т. (в т.ч. ИК лучами) широко используется в технике (напр., в печах, сушилках, паровых котлах). Большую роль Л.т. играет в метеорологии, космич. технике, гелиотехнике и др.

РАДИАЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕН - ТО

Лучистая энергия, излучаемая нагретым телом в пространство, падает на другие тела и в общем случае частично поглощается ими, частично отражается и частью проходит сквозь тело. Отраженная телом и прошедшая сквозь него часть лучистой энергии рассеивается в окружающем пространстве. Таким образом, лучистый теплообмен, или передача тепла лучеиспусканием от одних тел к другим, связан с двойным преобразованием энергии: теплоты — в лучистую энергию и обратно — лучистой энергии в теплоту. Лучеиспускают не только горячие твердые тела, но и трехатомные и многоатомные газы (углекислота, водяной пар и др.). В теплотехнике широко используются продукты сгорания или дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива. Тепло от этих газов передается поверхности нагрева не только конвекцией, но и лучеиспусканием. В теплоэнергетических установках протекает сложный теплообмен всеми видами распространения тепла. В жидкостях конвекция сопровождает теплопроводность и совместный теплообмен называют конвективно-кондуктивным, в газах совместно протекает конвективно-радиационный теплообмен. Теплообмен излучением без конвекции в технических установках может протекать при глубоком вакууме «0,14 н/м2).

пара, в результате чего почти исключается возможность применения при их изготовлении простых углеродистых сталей за исключением тех случаев, когда радиационный теплообмен используется для начального перегрева пара. // I \\ По способу подвески

Коэффициенты теплообмена «А и «в определялись по известным теплотехническим критериальным зависимостям применительно к условиям работы рассматриваемого сварного узла. Учтен как конвективный, так и радиационный теплообмен для случая нагрева обе-

Заметим, что радиационный теплообмен не есть специфическая особенность межпланетных космических аппаратов. В большинстве случаев, когда приходится иметь дело с большими массами плотного и высокотемпературного газа, лучистый тепловой поток может быть сравним или даже превосходить конвективный. Так, по оценкам работы [Л. 10-9] уже при температуре 3000 К и давлении порядка (20-=-40)105 Па излучение паров воды в камере сгорания приводит к увеличению суммарного теплового воздействия на 10—30%. Если учесть, что плотность газа в высокотемпературных устройствах может быть намного выше, а его суммарная степень черноты существенно возрастает при появлении различных примесей (сажи или других твердых частиц), то нетрудно понять, что проблема радиационного переноса тепла в таких агрегатах может оказаться более серьезной, чем при внешнем обтекании. Тем не менее, учитывая прогресс, достигнутый за последние годы в исследовании излучающего сжатого слоя газа над поверхностью затупленных тел, данная глава посвящена в основном решению первой проблемы.

Обращает на себя внимание принципиально разное влияние радиуса кривизны тела R на конвективный и радиационный теплообмен. Если логарифм конвективного теплового потока \gqo при всех рассмотренных температурах заторможенного газо-286 вого потока практически линейно убывает с увеличением логарифма

В природе, как известно, существуют три вида теплообмена: теплопроводность, конвективный теплообмен и теплообмен излучением или радиационный теплообмен.

Теплообмен излучением или радиационный теплообмен в отличие от теплопроводности и конвективного теплообмена занимает особое место. Основным его свой-

Часть вторая Радиационный теплообмен

Рассмотренные в первой части книги основы процессов взаимодействия излучения и вещества позволяют получить физические представления о радиационном теплообмене и осуществить его математическое описание. Система уравнений, описывающая всю совокупность первичных процессов, из которых складывается радиационный теплообмен, является весьма сложной в математическом отношении. Поэтому процесс радиационного теплообмена, будучи сложным по своей физической природе, отличается также и существенной математической сложностью описания. В связи с этим для его исследования я расчета требуется значительно больше усилий и времени по сравнению с .процессами теплопроводности и конвективного теплообмена.

Радиационные характеристики имитационных устройств ХФТИ.

Для оптически гладкой границы раздела ее радиационные характеристики могут быть найдены, если известны оптические параметры обеих сред. В случае оптически шероховатой поверхности определение ее радиационных характеристик весьма затруднительно вследствие отмеченной сложности явлений и многообразного характера шероховатостей. В связи с этим теоретические исследования радиационных характеристик шероховатых поверхностей -предприняты лишь для простейших случаев и основным методом их определения на сегодняшний день является эксперимент.

В гл. 1 были рассмотрены физические основы процессов испускания и взаимодействия излучения и вещества. Для того чтобы рассчитать каждый из этих первичных процессов, необходимо знать радиационные характеристики вещества, являющиеся функциями его микроскопического состояния. К этим характеристикам, 58

Принятие локального термодинамического равновесия существенно облегчает задачу, .поскольку все радиационные характеристики вещества в этом случае однозначно зависят только от частоты и термодинамических параметров. Поэтому для определения излучательных и поглощательных характеристик достаточно рассмотреть излучающие системы, в которых устанавливается термодинамически равновесное излучение, подчиняющееся общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики. Такое рассмотрение равновесных излучающих систем позволяет установить ряд законов, которым подчиняется термодинамически равновесное излучение, и найти связь излучательных и поглощательных характеристик вещества в условиях термодинамического равновесия.

Вследствие отмеченных затруднений расчеты радиационного теплообмена проводятся обычно исходя из ряда упрощающих предпосылок с вынужденным искажением реальной физической картины процесса. Среди таких предпосылок наиболее сильным является допущение того, что все тела и среды, участвующие в теплообмене излучением, являются серыми, т. е. все их радиационные характеристики предполагаются независимыми от частоты излучения (так называемое серое приближение). Кроме того, обычно предполагается, что отражение излучения от поверхностей тел и рассеяние в объеме среды являются изотропными, иными словами, происходят одинаково по всем направлениям. Наряду с отмеченными делаются также и другие допущения.

Радиационные характеристики среды [спектральный абсолютный показатель преломления «v, спектральные коэффициенты поглощения
Следовательно, по условию спектральные радиационные характеристики среды и поверхности являются функциями координат рассматриваемых точек, температуры, давления и частоты излучения:

где Ту —tt гмл, / cv, tM] — т tMMi /с v, т^ — г г^^ /cv —* моменты времени, длч которых должны быть [взяты все радиационные характеристики соответственно веточках N,M1 и М2; IMN/CJ lMMJcv и lMMJc, — соответственно времена прохождения излучением частоты v расстояния между точками N и М, М1 и М, УИ2 и М.

Таким образом, уравнение (3-18) с граничными условиями (3-20) при условии пренебрежения нестационарным членом сводится к системе интегральных уравнений (3-30) и (3-33) относительно величин /эф v и /^ф v , решив которые можно по (3-27) найти поле спектральной интенсивности излучения по всему объему среды, если по условию заданы поле температур и радиационные характеристики в объеме и на граничной поверхности.

Как видно, уравнение (3-40) в случае серой среды оказывается тождественным уравнению (3-18) с той лишь разницей, что в нем фигурируют не спектральные, а интегральные величины и радиационные характеристики.

Уравнения начальных (3-38) и граничных (3-39) условий для полного излучения в случае серой поверхности сохраняют свой прежний вид, однако радиационные характеристики es, rs и p(s', s) в (3-39) находятся не на основании осреднения по спектру {в соответствии