Особенности проведения испытаний в климатических камерах, страница 5

В технических расчетах пользуются несколько иной записью:

                                (2.5.15.)

где ε= С/С₀ - степень черноты; Е₀- энергия излучения черного тела;

С₀= σ₀*10⁸ = 5,67 Вт/(м²*К⁴) — коэффициент излучения черного тела.

Значение ε изменяется в диапазоне 0...1 в зависимости от свойств материалов. Степень черноты ε характеризует полное или интегральное излучение тела, охватывающее все длины волн. Однако в ряде случаев бывает необходимо знать закон распределения энергии излучения по длинам волн при различных температурах E_λ=f(λ, Т).

Величина E_λ называется спектральной плотностью потока излучения. Она характеризуется отношением плотности потока излучения dE к рассматриваемому диапазону длин волн dλ.

                                         (2.5.16.)

Распределение энергии излучения в спектре абсолютно черного тела при температуре Тхарактеризуется соответствующей спектральной плотностью потока излучения

                                                (2.5.17.)

где C₁=3,74*10^–16Вт*м² и С₂=1,44*10^–2 м - постоянные излучения.

При спектральном анализе распределения излучения следует пользоваться спектральной степенью черноты

                                         (2.5.18.)

Из графика (рисунок. 2.5.3.) следует, что с увеличением Т изменяется положение максимума спектральной плотности потока излучения.

Оно смещается в сторону все более коротких длин волн и достигает максимума в области инфракрасного излучения (λ = 0,78…3,0 мкм) При этом энергия видимого излучения (λ = 0,4…0,8 мкм) оказывается весьма незначительной. Следовательно, при повышении температуры в технических устройствах основное излучение имеет место в инфракрасном диапазоне волн. Закон Вина устанавливает связь между Т и λ_max.

.                                   (2.5.19.)

Если для реальных технических изделий спектр излучения непрерывен и кривая E_λ=f(λ) подобна соответствующей кривой для абсолютно черного тела при той же температуре и если для всех длин волн E_λ/E_0λ =const, то это излучение называют серым.

При фиксированной температуре величина ε_λ, в общем случае зависит от длины волны λ (она может изменяться в диапазоне 0...1). Для серого излучения, согласно определению, спектральная степень черноты есть постоянное число.

Зная законы излучения, поглощения и отражения, а также зависимость излучения от направления, можно вывести расчетные формулы для теплообмена за счет излучения между непрозрачными телами. При этом необходимо учитывать форму и размеры поверхностей тел, их взаимное расположение, расстояние между ними, качество поверхности и их степени черноты. Теплообмен, обусловленный излучением, является сложным процессом многократных затухающих поглощений и отражений.

Если допустить, что отражение диффузное и применить закон Ламберта, можно определить значение теплоизлучения Q₁₂ между двумя серыми поверхностями в замкнутом пространстве, когда одна из них охватывает другую и на первую поверхность F₁ попадает лишь часть энергии, излучаемой второй поверхностью F₂, а остальное количество энергии проходит мимо и снова попадает на вторую поверхность (рисунок 2.5.4.). Это теплоизлучение определяется формулой

                                (2.5.20.)

где T₁, T₂ - температуры поверхностей F₁ и F₂

-                                   (2.5.21.)

коэффициент приведенной степени черноты системы тел, между которыми происходит процесс лучистого теплообмена. Он может изменяться в диапазоне 0…1. Значение ε_пзависит от конфигурации участвующих в теплообмене поверхностей, от коэффициента ε₁, излучения изделия и коэффициента ε₂ поглощения стенок камеры.

Приведенные формулы применимы для тел любой формы при условии, что меньшее из них должно быть выпуклым.

Теплообмен в процессе испытаний изделий в закрытой испытательной камере можно рассматривать как теплообмен между указанными выше телами. Тогда под F₁, F₂, ε₁, и ε₂; будем понимать – F₂ площадь поверхности стенок камеры, м², F₁ – площадь поверхности изделия, м², ε₁ – коэффициент поглощения стенок камеры, ε₂ – коэффициент излучения изделия.