Основные процессы передачи тепла. Теплообмен излучением

 

При тепловом излучении тепловая энергия переносится от одного тела к другому благодаря поглощению или излучению (испусканию) электромагнитных волн.

При поглощении падающее на тело электромагнитное из­лучение частично поглощается телом, частично отражается от не­го и частично пропускается. В соответствии с законом сохранения энергии, поток (мощность) падающего излучения равен

где q_погл,q_пр, q_omp - поток (мощность) поглощенного, пропущенного и отраженного излучений, Вт.

 

Рис. 1.5. Модель теплового излучения.

По определению:

■ коэффициент поглощения

;

■ коэффициент пропускания

■ коэффициент отражения

Величины коэффициентов зависят от свойств са­мого тела и длины волны падающего излучения.

Тело, для которого , называется абсо­лютно черным телом. Абсолютно черное тело поглощает все падающие на него лучи электромагнитного излучения независимо от длины волны и температуры.

Любое тело с температурой, отличной от 0 К, испускает электромагнитное излучение, которое называется тепловым.

Излучение абсолютно черного тела превышает излучение любых других тел при данной длине волны и температуре.

В случае равновесного излучения излучательная способ­ность (степень черноты) любого тела равна его коэффициенту поглощения при заданной температуре и длине волны (закон Кирхгофа), т.е.

Значения излучательной способности некоторых материа­лов представлены в таблице.

Поток излучения, испускаемый нечерным (серым) телом с определенной температурой, равен

где - поток излучения абсолютно черного тела той же температуры.

В соответствии с законом Стефана-Больцмана, мощность излучения (поток излучения), испускаемого нагретым телом, про­порциональна площади излучающего тела S и четвертой степени температуры тела Т, т.е.

где - постоянная Стефана-Больцмана.

Если тело с температурой Т₁ излучает тепло и одновре­менно поглощает тепло из окружающей среды с температурой Т₂, то мощность излучения тела определяется формулой

где - приведенная степень черноты.

Таблица 1.3 Излучательная способность

 

Материал		Материал
Алюминий, отливка	0,3	Масляная краска	0,78
Алюминий полированный	0,051	Медь полированная	0,04
Алюминий прокатанный	0,081	Медь черная	0,78
Сталь полированная	0,29	Песок	0,76
Сталь никелированная	0,06	Сажа	0,95
Сталь оцинкованная	0,25	Свинец оксидирован­ный	0,23
Сталь, прокат	0,67	Чугун	0,94
Кирпичная кладка	0,93	Шамот	0,55

 

Перенос тепла излучением широко используется в систе­мах обеспечения температурного режима КА, в защите их от солнечной радиации, а также в защите конструкционных элементов РН от излучения факела истекающей газовой струи РД.

Распределение мощности по длинам волн неравномерно. При повышении температуры тела мощность излучения возраста­ет, при этом максимум мощности смещается в сторону меньших длин волн. Длина волны, при которой мощность максимальна, оделяется по формуле (закон Вина)

 

где h = 6,3 10-34 Дж с - постоянная Планка;

с =3 108 м/с - скорость света в вакууме;

k = 1,38 10-23 Дж/К - постоянная Больцмана;

Т - температура излучающего тела.

С повышением температуры доля коротковолнового излучения в спектре увеличивается. Поэтому цвет излучения может служить характеристикой излучения (цветовая температура). Приборы для определения температуры излучателя по излучательной способности называются пирометрами.