Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»
Кафедра " Машины и технология литейного производства "
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Методические указания к лабораторной работе 3
по курсу “Теория тепловых процессов”
УДК 669.18-621
Тепловое излучение: Методические указания /Сост. Б.М. Соболев. - Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре гос. техн, ун-т, 2004. - 11 с.
Приведена краткие теоретические сведения о законах передачи тепла излучением, изложена методика определения степени черноты твердых тел, влияние экранов не эффективность теплообмена.
Предназначена для студентов направления «Технологические машины и оборудование», специальности «Машины и технология литейного производства».
Печатается по постановлению редакционно-издательского совета Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.
Согласовано с отделом стандартизации.
Цель работы: определение степени черноты твердых тел, установление влияния экранов на величину теплоотдачи, определение величины теплоотдачи экранами.
I. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
Для излучения, падающего на некоторое тело, всегда справедливо соотношние:
A+R+D=1,
где A - коэффициент поглощения; R - коэффициент отражения; D - коэффициент пропускания.
При A=1, R=D=0 - абсолютно черное; R=1, A=D=0 - абсолютно отражающая оболочка; D=1, A=R=0 - абсолютно прозрачное тело иди диатермическая среда.
Сухой воздух, одно- и двухатомные разы при температуре ниже 3 000 К можно рассматривать как диатермические среды. Моделью абсолютно черного тела служит малое отверстие, ведущее в большую закрытую полость, Любой луч, прошедший внутрь после многократных отражений практически полностью поглощается и обратно не выходит.
Большинство конструкционных твердых тел ( металлы, сплавы, теплоизоляционные материалы)и ряд жидкостей, в том числе и вода, для тепловых лучей практически непрозрачны, При этом:
A+R=1. (1)
Для металлов D® 0 уже при толщине около 1 мкм, диэлектриков - при толщине около 1 мм.
Поэтому полагают, что процессы поглощения и отражения, определяемые соотношением (1) протекают на самой поверхности этих тел.
Если на поверхность такого тела извне не падает лучистая энергия, то единственный поток энергии, который можно зарегистрировать, будет исходить с поверхности тела и передаваться в окружающее пространство. Этот поток энергии с плотностью E1 называется собственным излучением тела.
Это излучение формируется на самой поверхности тела и следовательно зависит лишь от температуры, вида материала и состояния поверхности.
В реальных условиях на поверхность тела падает какой-то внешний поток энергии - падающее излучение с плотностью Eпад .
Часть этого потока в количестве A.Eпадпоглощается телом - поглощенное излучение. Часть в количестве R1Eпад=(1-A1) Eпад отражается поверхностью тела - отраженное излучение.
Сумма собственного и отраженного излучения образует эффективное излучение данного тела, которое и регистрирует прибор:
Eэф1=E1+(1-A1) Eпад . (2)
Разность между собственным и поглощенным излучением образует результирующее излучение
Eрез1= E1-A1 Eпад . (3)
Величина Eрез1 показывает суммарный расход (приход) энергии вследствие лучистого теплообмена с окружающей средой.
Основным законом теплового излучения является закон Планка, устанавливающий характер спектра излучения абсолютно черного тела.
Распределение энергии по частотам J по закону Планка:
E0u=(2p hJ 3/C02)(exp(hJ /КT)-1)-1, то же по длинам волн E0l:
E0l=(C1/l5)(exp(C2 /lT)-1)-1,
где E0u и E0l - спектральные плотности излучения абсолютно черного тела; h = 6,63 .10-34 Дж .с - постоянная Планка; С0= 3,00. 108 м/с - скорость света в вакууме; J - частота, с-1; К = 1,38.10-23 Дж/К - постоянная Больцмана; T - температура, К; l - длина волны, м; C1 = 2phC02 = 3,74.10-16 Вт.м2 - первая постоянная излучения; C2= hC0 /K = 1,44 .10-2 м.К - вторая постоянная излучения.
До открытия закона Плавка Вин установил, что каждой температуре Т соответствует длина волны lmax , для которой E0максимально:
lmax.T = 2,9 .10 –3.
Зависимость интегральной плотности потока излучения от температуры до открытия закона Планка экспериментально установил Cтефан, а теоретически обосновал Болцман
E0=s Т 4, (4)
где s = 5,67.10-8 Вт/м2 .К4) - постоянная Стефана-Больцмана.
Собственное излучение реальных тел E(T)можно представить как долю излучения абсолютно черного тела при той же температуре
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
