Система обеспечения теплового режима космического аппарата. Расчет характеристик систем обеспечения теплового режима космических аппаратов, страница 5

               Интегральной плотностью потока излучения (q) называется тепловой поток,  излучаемый поверхностью единичной площади во всем спектре длин волн .

Связь между q_l и q можно записать в интегральной форме следующим образом:

                                     (3.18)

Основным законом лучистого теплообмена АЧТ является закон Планка. Согласно этому закону спектральная плотность потока излучения для АЧТ определяется следующим образом (здесь и далее индексом “0” будем обозначать принадлежность к АЧТ):

                                                ,                                       (3.19)

где    l - длина волны, м;

Т – абсолютная температура поверхности тела, К;

с₁ = 0,374×10^-15 Вт×м², с₂ = 1,4388×10^{-2 м}×K – константы.

Графическая интерпретация закона Планка представлена на рис. 3.5. Из приведенных зависимостей видно, что излучение АЧТ характеризуется непрерывным спектром в диапазоне длин волн от 0 до ∞. Кривые спектральной плотности потока излучения характеризуются наличием максимума, который с увеличением температуры смещается в сторону более коротких длин волн.

Рис.3.5. Зависимость спектральной плотности потока излучения от длины волны для абсолютно черного тела

Рассмотрим  закон смещения Вина и закон Стефана-Больцмана, которые являются производными от закона Планка.

Закон смещения Вина устанавливает зависимость положения максимума спектральной плотности потока излучения от температуры тела. Согласно этому закону длина волны , соответствующая максимуму спектральной плотности потока излучения АЧТ, связана с температурой Т следующим образом:

 =  2,896 ·10^-3 м·К.                           (3.20)

Закон Стефана-Больцмана определяет интегральную плотность потока излучения с поверхности АЧТ

, где  постоянная Стефана-Больцмана = 5,67·108 Вт/(м²·К⁴).

Согласно закону Стефана-Больцмана интегральная плотность потока излучения АЧТ пропорциональна абсолютной температуре поверхности тела в четвертой степени.

3.1.4.2 ЗАКОНЫ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ ДЛЯ РЕАЛЬНЫХ ТЕЛ

Среди реальных тел выделяют серые тела и селективно излучающие тела. Спектр излучения серых тел (рис. 3.6) подобен спектру излучения АЧТ. Спектр излучения селективно излучающих тел существенно отличается от спектра излучения АЧТ. Они интенсивно излучают только в определенных диапазонах длин волн.

Для реальных тел закон Стефана - Больцмана имеет следующий вид                                                 , где  - степень черноты.

Рис. 3.6. Зависимости спектральной плотности потока излучения от длины волны для реальных тел и абсолютно черного тела 1 - спектр излучения АЧТ; 2 - спектр излучения серых тел; 3 - спектр излучения селективно-излучающих тел

Степень черноты ε определяет излучательную способность тела и представляет собой отношение теплового потока, излучаемого данным телом, к тепловому потоку, излучаемому АЧТ, при одинаковой температуре. Поскольку излучательная способность реальных тел всегда меньше излучательной способности АЧТ, значения степени черноты реальных тел лежат в диапазоне 0<  < 1.

Степень черноты реального тела в общем случае зависит от материала поверхности тела, состояния поверхности тела и от температуры поверхности тела.

У реальных тел по-другому протекает и процесс взаимодействия с падающим лучистым тепловым потоком. Непрозрачные реальные тела частично поглощают и частично отражают падающий на них лучистый тепловой поток. Прозрачные реальные тела, кроме того, часть лучистого теплового потока пропускают через себя.

Поглощательная способность реальных тел характеризуется коэффициентом поглощения А, представляющим собой отношение поглощаемого телом потока к падающему тепловому потоку. Коэффициент поглощения зависит от материала поверхности тела, состояния поверхности и от спектрального состава падающего излучения (диапазона длин волн, на который приходится основная доля падающего излучения).