Теоретические основы работы

Министерство образования Российской Федерации

Филиал ГОУВПО «Московский Энергетический Институт (технический университет)» в г. Волжском

Кафедра ПТЭ

Лабораторная работа №3

По курсу «Тепломассообмен»

Определение излучательной способности вольфрамовой проволоки.

Волжский 2012

Цель работы: изучение теории лучистого теплообмена, его законов, факторов, влияющих на интенсивность процесса теплового излучения.

Теоретические основы работы

Суммарное излучение с поверхности по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным потоком излучения.

Интегральный поток, испускаемый с единицы поверхности, носит название поверхностной плотности потока интегрального излучения:

(3.1)

где dQ – излучательный поток, испускаемый элементарной площадкой dF, Вт.

Лучистый поток со всей поверхности выразится:

(3.2)

Если плотность интегрального излучения для всех элементов поверхности излучаемого тела одинакова, то зависимость (3.2) переходит в соотношение:

(3.3)

Излучение, которое определяется природой данного тела и его температурой, называется собственным излучением.

Обычно тело участвует в лучистом теплообмене с другими телами. Энергия излучения других тел, попадая на поверхность данного тела извне, частично поглощается, частично отражается, а часть её проходит сквозь тело. Количество лучистой энергии, падающее на данное тело в поле излучения, обозначается:

Q_пад или Е_пад

Часть падающей энергии излучения, поглощенной данным телом, называется потоком поглощенного излучения.

При поглощении лучистая энергия вновь превращается во внутреннюю энергию:

(3.4)

где А – интегральная поглощающая способность тела.

При А = 1 – тело абсолютно черное.

Тела, для которых поглощательная способность не зависит от длины волны, называются серыми телами:

А_l = const £ 1;

Часть энергии, которую поверхность данного тела отражает обратно, носит название потока отраженного излучения.

(3.5)

где R – интегральная отражательная способность тела.

Часть энергии, проходящей сквозь тело, называется плотностью потока пропускаемого излучения.

(3.6)

где D – интегральная пропускная способность тела.

Для тела, участвующего в лучистом теплообмене с другими телами, согласно закону сохранения энергии можно составить уравнения теплового баланса:

(3.7)

или

(3.8)

Если поделить на 1/Е_пад, лучистый теплообмен между телами определяется потоком результирующего излучения.

Рисунок 1

Результирующий поток может быть найден разными способами:

1 способ (способ Нуссельта):

по (а-а), с учетом Е_проп = 0;

(3.9)

2 способ (способ О. Е. Власова):

по (б-б);

(3.10)

где Е_эф – плотность эффективного излучения.

3 способ (способ Ю. Н. Суринова):

по (в-в);

(3.11)

По закону Стефана – Больцмана, устанавливающего зависимость плотности потока излучения от температуры:

(3.12)

где s₀ – постоянная Стефана – Больцмана.

Для удобства практических расчетов:

(3.13)

где С₀ = 5,67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²∙К⁴).

Для серых тел закон Стефана – Больцмана примет вид:

(3.14)

где интегральная степень черноты серого тела;

С – его коэффициент излучения, Вт/(м²∙К⁴).

Для определения результирующих потоков излучения необходимо располагать данными по коэффициентам излучения. Коэффициент излучения является сложной функцией, зависящей от природы излучающего тела, его температуры, состояния поверхности и т.д.

Поглощающая способность зависит от тех же факторов, от которых зависит степень черноты. Кроме того, она зависит от природы падающего излучения. Поэтому непосредственно измеренная величина степени черноты может отличаться от непосредственно измеренной величины поглощательной способности для того же тела при одинаковых условиях.

Обычно измеряется относительный коэффициент излучения, так как непосредственное измерение поглощательной способности связано со значительными трудностями.

Опытное исследование интегральных коэффициентов излучения твердых тел может быть проведено следующими методами: радиационным, калориметрическим, методом регулярного режима и методом непрерывного нагревания с постоянной скоростью. Во всех методах перенос тепла за счет теплопроводности и конвекции пренебрежительно мал по сравнению с излучением.

Калориметрический метод основан на непосредственном измерении потока результирующего излучения, поэтому он относится к абсолютным методам:

(3.15)

где Т₂ – температура исследуемого тела, К;

Т₁ – температура стенки калориметра, К.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: