Методы изучения процессов тепло- и массопереноса. Теплообмен излучением. Излучение и поглощение реальных тел, страница 17

          Как  видно  из  таблиц,  у  металлов  с  ростом  их  температуры  степень  черноты  увеличивается,  а  у  огнеупоров – уменьшается,  хотя  и  незначительно.  Но  следует  учесть,  что  уровни  температур  в  таблицах  неодинаков,  поэтому  глубоких  выводов   о  температур-ной  зависимости  излучения  этих материалов  делать  нельзя.  Но  теплотехникам  это  обстоятельство  нужно  учтывать.

Механизм  поглощения  и  излучения электромагнитной  энер-гии  связан  с  вполне  определенными  типами  взаимодействия  структурных  элементов  вещества  и  излучения.  Знание  этих  меха-низмов и  типов  взаимодействия  позволяет  прогнозировать  радиационные  характеристики  и  проектировать  материалы  с  заданными  свойствами.

Степень  черноты  окисленной  металлической  поверхности  за-висит   от  отражательной  способности  самого  металла,  отражательной  и  пропускательной   способности  оксидной  пленки.  Последняя  же  по  своим  свойствам  приближается  к  диэлектрикам.  И  чем  она  толще, тем  меньше  влияние  самого  металла  на  степень  черноты   его  поверхности.

При  выборе  степени  черноты  по  справочным  материалам  следует  иметь  в  виду,  что  из-за  неопределенности  в  классифика-ции   состояния  поверхности  принятое  численное  значение  может  оказаться  сильно  отличающимся  от  действительного.  Особенно  большие  расхождения  могут  быть  в  оценках  слабо    окисленных  поверхностей.  В  связи  с  этим  при  выполнении  точных  расчетов  необходимо  специально  определять  степени  черноты  конкретных   поверхностей.

ТЕПЛООБМЕН  ИЗЛУЧЕНИЕМ  В  ПОГЛОЩАЮЩЕЙ  СРЕДЕ

По  ходу  лучистого  потока  в  полупрозрачной  среде  происхо-дит  его  постепенное   уменьшение.  При  определенной  поглощательной  способности  среды  изменение  величины  потока  должно  быть  пропорциональным  значению  его  величины  на  входе  в  поглощающий  слой  и  длине  пути  луча  в  этом  слое. 

Для  монохроматического  излучения  величина  ослабления  в  слое  толщиной  dx    dJl = -kl× Jl×dx. 

Jl - спектральная  интенсивность    излучения  в  сечении  x;

kl - коэффициент  пропорциональности, называемый  коэффи-циентом   ослабления  луча.  Этот  коэффициент  определяет  интенсивность   поглощения  луча  и  характеризует  поглощательную  способность  среды.

Считая  среду  однородной,  то  есть  имеющей  постоянный  ко-эффициент  kl  по  всей   длине  пути  луча  в  этой  среде,  и  разделив  переменные,  после  интегрирования  вышеприведенного  выражения  для   dJl  получим

ln(Jlк / Jlн) = - kl× l   или    ( Jlк / Jlн) = exp (- kl×l) .

Здесь   Jlк ,  Jlн – конечное  и  начальное  значения  интенсивности  излучения  на  внешних  границах  поглощающего  слоя  толщиной  l .

Полученное  уравнение  можно  записать  в  виде  

(Jlн – Jlк ) / Jlн = 1- exp (- kl× l) .

Разница  в  скобках -  это   поглощенная  часть  (Jl)пог = Al× Jlн .  Следовательно,  поглощательная  способность  среды

Al = 1 – exp(- kl× l) .

Это  выражение  называют  законом  Бугера.  Он  строго  справедлив  лишь  для  монохроматического  излучения.   Но  по  этой  формуле  можно  определять  А  и  в  области  интегрального  серого    излучения.

Логика  подсказывает,  что  поглощательная  способность  среды  должна  также  зависеть  и  от концентрации  поглощающего  вещества. Опыт  подтверждает  логическое  предположение , но  толь-ко  при  малых  концентрациях. Влияние  концентрации  учитывается  законом  Бугера –Бера

Аl = 1 -  exp (- kl×m× l).

Он   является  типичным  законом  малых  концентраций,  когда  взаимодействием  частиц  друг  с  другом  можно  пренебречь.  При  больших  концентрациях  поглощающего  вещества  коэффициент  ослабления  луча  также  оказывается  зависящим  от  концентрации.  Тем  не  менее,  в  определенных  пределах  параметров  закон  Бугера-     Бера  можно  использовать  для  расчетов поглощательной  способности ( степени  черноты)  газов  при  сером  интегральном  из-лучении.

ИЗЛУЧЕНИЕ  ГАЗОВ