14 Лучистый теплообмен. Расчёт угловых коэффициентов. Казаков +

Структура лекции
Основные понятия и определения

Основные понятия и определения

Спектр излучения

Распределение энергии излучения по спектру
твёрдое тело газ

Особенности радиационного теплообмена
Теплообмен излучением имеет ряд отличий от кондуктивного и конвективного теплообмена:
Тепловое излучение вещества зависит от температуры тела (степени нагретости вещества), поэтому все тела (твердые тела, жидкости и поглощающие лучистую энергию газы) с температурой выше нуля по шкале Кельвина обладают собственным тепловым излучением;
Для передачи теплоты излучением не требуется тело-посредник, т.е. лучистая энергия может передаваться и в вакууме;
При температурах от 0°С до 100°С лучистая и конвективная (при свободной конвекции) составляющие теплообмена имеют один порядок; в высокотемпературных энергетических (например, парогенераторах) и высокотемпературных теплотехнологических (например, металлургических печах) лучистый теплообмен является доминирующим в суммарном теплопереносе от горячего источника к приемнику тепловой энергии;
В расчетах необходимо учитывать особенности поверхностного излучения (твердые тела) и объемного излучения (излучающие и поглощающие газы).

Основные величины

Поглощательная, отражательная, пропускная способность тела
Схема радиационного теплообмена для полупрозрачного тела

Частные случаи

Теплообмен излучением в прозрачной среде . Диатермическая среда.
Диатермической называется среда, не поглощающая и не излучающая электромагнитные волны. Примерами диатермических сред являются вакуум, одно- и двухатомные газы при обычных температурах и давлениях.

Понятие углового коэффициента излучения

Методы определения угловых коэффициентов излучения
Элементарный
Локальный
Средний

Локальный (местный) угловой коэффициент излучения φ
Локальный (местный) угловой коэффициент излучения φ| используется при анализе и расчете теплообмена излучением между элементарной площадкой dF1 или dF2, принадлежащей поверхности F1 или F2 и поверхностью F2 или F1.

Средний угловой коэффициент излучения φ
используется при анализе и расчете теплообмена излучением между поверхностями конечных размеров F1 и F2. Он характеризует отношение потока, попавшего, например, на всю поверхность F2, ко всему потоку, ушедшему со всей поверхности F1 по всем направлениям в пределах полусферы.

Основные свойства средних угловых коэффициентов излучения

Основные свойства средних угловых коэффициентов излучения
Свойство замыкаемости.
φ11+φ12+φ13+φ14=1
φ22+φ21+φ23+φ24=1
φ33+φ31+φ32+φ34=1
φ44+φ41+φ42+φ43=1

Основные свойства средних угловых коэффициентов излучения
Свойство совмещаемости.
φ12+ φ15=1; φ13 + φ15=1; φ14 + φ15=1; φ10 + φ15=1;
откуда следует, что
φ12=φ13=φ14=φ10.

Основные свойства средних угловых коэффициентов излучения
Свойство затеняемости утверждает, что если между двумя поверхностями F1 и F2 расположить третье непрозрачное тело с поверхностью F3, которое полностью препятствует прямому обмену энергией между F1 и F2, то φ12=0; φ21=0.
Свойство аддитивности. Если рассматривается теплообмен излучение между поверхностью F1 и поверхностью F4, которая является суммой поверхностей F2 и F3, т. е. F4 = F2 + F3, то

Расчет средних угловых коэффициентов излучения для простейших геометрических систем

Постановка задач расчета теплообмена излучением

Основные допущения, принимаемые при постановке задач

Зональный метод решения задач теплообмена излучением в системах с лучепрозрачной средой

Составление системы зональных уравнений

Второй способ расчета потока энергии результирующего излучения

Методы определения угловых коэффициентов излучения
Аналитический метод. Основан на непосредственном интегрировании математического выражения для элементарного углового коэффициента излучения

«натянутые нити»