Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Излучение 281
Закон Кирхюфа, который был ранее выведен для интегральных свойств, можно также вывести для монохроматических свойств:
ак = ек. (6.27)
Монохроматическая форма закона Кирхгофа не ограничена условием теплового равновесия. Таким образом, монохроматическая излучательная и поглощательная способности тела равны, даже если поверхности, которые вносят вклад в падающее на тело излучение, находятся не при одной температуре.
Понятие серого тела
Понятие серого тела сильно упрощает расчеты излучения. Серое тело — это поверхность, монохроматические свойства которой постоянны для всех длин волн. Если поверхность серая, то
ех ах= const, (? const.
Другие монохроматические свойства, такие, как пропуска-тельная и отражательная способности, для серого тела также постоянны.
Интегральная поглощательная способность для серого тела определяется следующим образом:
OO OO
^ a^Gk d% ак ^ GK d% a = -= —S52-= Он- (6.28)
^ Qx dk ^ GK d%
о о
Это означает, что интегральная и монохроматическая погло-Щательные способности серой поверхности равны. Можно вы* вести подобные выражения и для других свойств серого тела, а именно
6 = ?. Р = Рл> * = Ч- (6.29)
Если применить к серому телу закон Кирхгофа в форме урав* нения (6.27), то получим
«А, — Ч-
Подставляя сюда выражения (6.28) и (6.29), приходим к заклкз* чению, что для серой поверхности
а = е. (6.30)
Интегральные излучательные и поглощательные способности Для серого тела равны, даже если тело не находится в тепловом Равновесии с окружающей средой. Это важная характеристика
282 Глава 6
серого тела. Если известна излучательная способность серого тела на одной длине волны, известны также интегральные излучательная и поглощательная способности поверхности.
Понятие серого тела является идеализированным, поскольку серые тела на практике не существуют. Типичные монохрома-
1,0
0г8
и
* 0,4
0,2 0
0,5 1 2 3 4 5 6 7 89 Длина волны Л, мим а
1,0 - "-*
0,8
« 0,6
к
^ 0,4 0,2
0
0,5 1 2 34 5 6 7 8 Длина волны Я, мкм
б
Рис. 6.7. Монохроматические излучательная и поглощательная способности некоторых реальных поверхностей:
а—диэлектрики; б—электропроводники; /—огнеупорная глина (белая); 2—кирпич (белый); 3—штукатурка; 4 — полированный алюминий; 5—анодированный алюминий; ff—полированная медь.
тические излучательные и логлощательные способности некоторых реальных поверхностей показаны на рис. 6.7. Даже если поведение реальных поверхностей только приближенно соответствует поведению серых поверхностей, расчеты излучения, основанные на приближении серого тела, дают удовлетворительные результаты. Если монохроматические свойства сильно изменяются, интегральные свойства могут быть приближенно представлены делением электромагнитного спектра на части, в пределах которых свойства можно считать постоянными. Этот процесс
\
\ К
^2
X
Излучение 283
показан на рис. 6.8, где представлены монохроматическая излу-чательная способность реальной поверхности и аппроксимирующее ее распределение, используемое для оценки интегральной излучательной способности. В обозначениях величин, представленных на рис. 6.8, можно следующим образом выразить интегральную излучательную способность поверхности:
ЕЬ (0-> X1T)
] + *[
аТ4
]+
+ е3[
ЕЬ (0->У) Еь (0->Я2Г)
где для оценки членов в скобках можно использовать радиационные функции, приведенные в табл. 6.1.
A2
Длина волны А
Рис. 6.8. Метод определения интегральных свойств для несерой поверхности, !—свойство реальной поверхности; 2—аппроксимирующее распределение.
Рис. 6.7,6 иллюстрирует другой момент, связанный с радиационными свойствами материалов. Монохроматические излуча-гельная и поглощательная способности полированного и анодированного алюминия сильно отличаются друг от друга, даже если материал один и тот же в обоих случаях. Так как излучение поглощается и испускается в пределах очень тонкого слоя на поверхности, радиационные свойства в основном определяются состоянием поверхности материала. В результате окисные слои, покрытия, загрязнения поверхности, такие, как масло или смазка, и общее состояние поверхности, например чистота обработки, могут сильно влиять на радиационные свойства.
Интегральная излучательная способность ряда конструкционных материалов представлена в табл. ILVIII. 1—ILVIII. 3.
284 Глава 6
Материалы классифицированы в соответствии с обработкой их поверхности. Можно заметить большие изменения в свойствах в зависимости от состояния поверхности материалов.
Направленные радиационные свойства
До сих пор мы предполагали, что радиационные свойства являются функциями только длины волны и условий, характеризующих поверхности приемника и излучателя. Дальнейшее
0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0Д0 0,12 0,14
^—е0 ?е-^
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Єй
6
Рис. 6.9. Направленная излучательная способность некоторых реальных поверхностей [6J.
