Главная Процесс переноса теплоты



3. Черные температуры

В качестве характеристики излучения нечерного тела наряду со степенью черноты используется так называемая черная температура.

Под черной температурой понимается такая условная температура, которую может иметь данное тело, если бы испускаемое им излучение было черным. Каждое тело может характеризоваться целым рядом черных температур в зависимости от вида испускаемого им излучения.

При сопоставлении плотностей потоков интегрального излучения тела с температурой Т а абсолютно черного тела черная температура называется радиационной (7р). По определению она находится из соотношения

Е{Т)=Ео(Т).

Используя закон Стефана - Больцмана, можно установить связь между действительной и радиационной температурами:

Если черная температура определяется из сравнения спектральных потоков излучения, то она называется цветовой температурой (Гц). При этом обычно рассматривается излучение лишь для каких-либо двух длин волп (двух цветов):

£м(П £ом(?"ц).

Используя (16-41); (16-52) и (16-59), получаем связь между Т и Тц.

При сопоставлении яркостей черная температура носит название яркостной температуры ?„:

Представляя (7) = s/ (Г,,) и используя (16-59), получаем зависимость, рвязывающую действительную и яркостную температуры:

Приведенные соотношения, связывающие Т с 7рад, Тц и Гя, лежат в основе оптических методов измерения высоких температур [Л. 11,74].



Глава семнадцатая л

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ МЕЖДУ ТВЕРДЫМИ ТЕЛАМИ, :

РАЗДЕЛЕННЫМИ ПРОЗРАЧНОЙ СРЕДОЙ

17-1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА

К задачам .ц-учнстого теплообмена может относиты:я: определение потоков различных видов излучения по заданным температурам, оптическим свойствам поверхностей тел, их геометрической форме и размерам (прямая задача); определение температур поверхностей тел по заданным потокам излучения, оптическим и геометрическим свойствам тел (обратная задача); решение смешанных задач, когда для одних тел излучающей системы заданы потоки излучения, а для других - температуры и необходимо найти для некоторых тел температуры, а для других - лучистые потоки. Здесь будут рассматриваться лишь прямые задачи. В этих задачах наиболее важное практическое значение имеет определепие потоков результирующего излучения.

Для исследования лучистого теплообмена в различных излучающих системах используются; метод многократных отражений, метод эффективных потоков, метод сальдо; алгебраический, интегральный и дифференциальный методы.

В методе многократных отражений следят за изменением величины лучистой энергии по отдельным стадиям затухания поглощений и отражений в процессе теплообмена данного тела с окружающими его телами. Этот метод является очень наглядным; он вскрывает механизм протекания лучистого теплообмена в конкретных излучающих системах. Однако будучи весьма детальным, метод многократных отражений связан с громоздкими вычислениями. Поэтому для сложных геометрических систем использование его затруднительно.

Метод эффективных потоков излучения и метод сальдо основываются на исследовании лучистого теплообмена с помощью величин, характеризующих конечные эффекты теплообмена между телами данной излучающей системы, поэтому оба метода относятся к методам полных потоков.

Методы полных потоков не могут наглядно вскрывать всю физическую картину протекания лучистого переноса тепла, но зато позволяют получить расчетные данные без громоздких вычислений.

Интегральный метод является методом, синтезирующим представления методов многократных отражений и полных потоков излучения. В основу его кладутся интегральные уравнения, которые составляются применительно к отдельным видам излучения. Интегральные уравнения описывают процессы переноса излучением с произвольным распределением оптических свойств излучаюшей системы тел и промежуточной среды, непрерывно зависящих от координат точки. Они имеют общий и строгий характер, дают возможность составить полное представление о сущности явлений лучистого переноса и проводить их исследование в сложных геометрических системах. Однако решения интегральных уравнений связаны со значительными трудностями.

Интегральные уравнения могут быть упрощены путем аппроксимации их алгебраическими, и тогда интегральный метод переходит в алгебраический.



Алгебраический метод позволяет находить как средние по поверхностям отдельных тел (отдельным участкам - зонам), так и местные потоки излучения в некоторых узловых точках излучающей системы.

К аналитическим методам исследования лучистого переноса относится еще резольвентный метод (§ 17-11). В этом методе решения интегральных уравнений нредставляются через так называемую резольвенту излучения, откуда исходит и его название. Тогда вместо решения интегральных уравнений для различных потоков излучения требуется найти .пишь решение уравнения для резольвенты, что существенно облегчает задачу.

В резольвентном методе может быть использована алгебраическая аппроксимация интегрального уравнения для резольвенты. В этом случае метод называют резольвентно-зональным (§ 17-12).

Дальнейшим развитием этого подхода к исследованию процессов переноса излучением является итерационно-зональный метод Л. 179].

Дифференциальный метод основывается на решениях дифференциальных уравнений переноса лучистой энергии в ослабляющей и излучающей среде (гл. 18).

Наряду с аналитическими методами исследования лучистого теплообмена применяются и экспериментальные методы. К ним относятся методы светового, электрического моделирования и др. [Л. 1].

Таким образом, сложность процессов переноса лучистой энергии привела к необходимости применения большого количества различных методов аналитического и экспериментального их исследования. Ниже в зависимости от рода задачи будет использован тот или иной метод ее решения.

17-1. теплоовмен излучением в системе тел с плоскопаралпельными поверхностями

А. Излучающая система без экранов

Метод многократных отражений. Рассмотрим систему тел 1 я 2 (рис. 1?-1), имеющих большие размеры по сравнению с расстоянием между ними. Поглоща-гельные способности Ai и As п степени черноты El и 82 не зависят от температуры и координат точки на поверхностях. Температуры Т, и 7"2 и плотности потоков собственного излучения вдоль поверхностей этих тел не изменяются. Процессы переноса тепла путем теплопроводности и конвекции отсуто вуют; Рис. 17-1. Система пдоскопараллельных процессы лучистого теплообмена не тел. зависят От времени (стационарны).

Требуется найти поток результирующего излучения. Для этого просле-ди.м движение лучистой энергии, испускаемой первым телом:

тело 1 излучает Ei; (а)

тело 2 поглощает EiA?- (б)

тело 2 отражает обратно £i(l-Лг); (в)

тело 1 поглощает из отраженного телом 2 £i(I-Ла)л1; (г)

тело 1 отражает из отраженного телом 2 £,(1-Аг) (1-А±); (д)




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 [125] 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0141