Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тепловое излучение


Тепловые балансы

Механизмы теплопереноса

В связи с тем, что перенос теплоты является сложным процессом, его расчленяют на более простые явления. Различают три вида переноса теплоты: тепловое излучение, теплопроводность, и конвекция.

1. Квантовый уровень – тепловое излучение – перенос тепла с помощью электромагнитных волн, источниками которых являются колебания заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Все тела способны излучать энергию, которая поглощается другими телами и снова превращается в тепло. Таким образом, осуществляется лучистый теплообмен; он складывается из процессов лучеиспускания и лучепоглощения

2. Молекулярный уровень – теплопроводность – представляет собой перенос тепла вследствии беспорядочного (теплового) движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Это движение может быть либо движением самих молекул (газы, капельные жидкости), либо колебанием атомов (в кристаллической решетке твердых тел), или диффузией свободных электронов (в металлах). В твердых телах теплопроводность является обычно основным видом распространения тепла.

3. Макроуровень – конвекция называется перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости. Перенос тепла возможен в условиях естественной, или свободной конвекции, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости (газа), возникающей вследствие разности температур в этих точках или в условиях вынужденной конвекции при принудительном движении всего объема жидкости, например в случае перемешивания ее мешалкой.

Возможны любые сочетания из трех указанных элементарных видов теплообмена. Например, передача теплоты от факела горящего топлива к наружном поверхностям стенок труб осуществляется лучеиспусканием, от горячих газов к этим поверхностям – конвективной теплоотдачей, через стенки труб – теплопроводностью, а от внутренних стенок к воде – конвективной теплоотдачей.

 

Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей, то уравнение теплового баланса примет следующий вид:



Q = G1с1(t-t) = G2c2(t-t),

где с1, c2 – теплоемкости горячего и холодного теплоносителя (при средней температуре теплоносителя) Дж/кг*град.

Если теплообмен протекает с изменением агрегатного состояния (процессы конденсации, испарения, плавления) количество теплоты будет определяться

Q = G r

где r – удельная теплота фазовых превращений, Дж/кг.

 

Возникновение потока лучей в результате превращения тепловой энергии в лучистую называют излучением.

По физической сущности тепловое излучение аналогично излучению света и следует одним и тем же законам отражения, преломления и поглощения, отличаясь лишь длиной волны. Длина видимых (световых) волн составляет = 0,4-0,8 мкм, а тепловых (инфракрасных) – 0,8-800 мкм.

Особенности

 

Твердые тела, жидкости Газы
1. Излучают волны всех длин при любой температуре. Спектр излучения сплошной. 2. Все поглощают и выделяют тепловую энергию. 3. Излучение происходит только с поверхности. 1. Излучают определенные длины волн. Спектр излучения линейчатый. 2. Н2, О2, N2 – не излучают и не поглощают тепло – диатермичны. Активными являются трехатомные газы СО2 – как следствие парниковый эффект. 3. Излучают по всему объему.

Когда поток излучения Qи из окружающей среды попадает на какое-либо тело, то в общем случае часть этого потока QR отражается от тела, часть QА поглощается телом и часть QD проходит через тело.

 


Тогда уравнение баланса энергии в общем виде запишется как:

Qи = QR + QА + QD

В долях от общей энергии излучения QR / Qи + QА / Qи + QD / Qи = R+A+D=1

Если А=1 (соответственно R=D=0), это означает, что тело полностью поглощает все падающие на него лучи, а называется оно – абсолютно черным (например технический углерод – сажа, полая сфера с небольшим отверстием). При R=1 (соответственно A=D=0) тело отражает падающие на него лучи. Называется абсолютно белым (пример тела с полированной поверхностью). При D=1 (соответственно R=A=0) тело пропускает все падающие на него лучи. Тело абсолютно прозрачное, или диатермическое.

В природе нет абсолютно черных, белых и прозрачных тел. Соотношения между A, R и D зависят от природы тела, его температуры и характера поверхности. Однако твердые тела и жидкости практически нетеплопрозрачны. Газы в большинстве своем диатермичны.

Полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей поверхности тела, называют излучательной способностью Е данного тела:

– излучательная способность абсолютно черного тела. Уравнение носит название Стефана-Больцмана, из которого следует: излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры его поверхности.

k0 – константа излучения (Больцмана).

k0 = 5,87*10-8, Вт/м2К4 – для черного тела.

В технических расчетах закон Стефана-Больцмана удобнее применять в иной форме:

,

где С0 = 5,87, Вт/м2К4 – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

– для серого тела,

где =С/С0 – степень черноты серого тела; С – коэффициент излучения серого тела.

Степень черноты справочная величина, всегда меньше единицы, зависит от природы материала, температуры и состояния его поверхности (полированная или шероховатая).

В процессе переноса тепла оба тела излучают и поглощают. (Количество тепла Qи, передаваемого посредством излучения от более нагретого твердого тела 1, имеющего температуру Т1, к менее нагретому телу с температурой Т2, определяется по уравнению):

– приведенный коэффициент излучения (справ. величина).

C1-2=f(С1, С2, форма тел, поверхность тел).

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Волновые процессы в обмотках вращающихся электрических машин | Теплопроводность. Механизм переноса тепла, путем перемещения и взаимодействия микрочастиц (молекул, атомов, электронов)

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 417; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.004 сек.