Лучистый теплообмен между газовой средой и оболочкой

Одно- и двухатомные газы практически прозрачны для теплового излучения. Значительной излучающей и поглощающей способ­ностью, имеющей практическое значение, обладают трех- и многоатом­ные газы. Для теплотехнических расчетов наибольший интерес представ­ляют углекислый газ и водяной пар, образующийся при горении топ­лива. В отличие от твердых тел, имеющих в большинстве сплошные спектры излучения, газы излучают энергию лишь в определенных ин­тервалах длин волн Dl, называемых полосами спектра. Для лучей других длин волн вне этих полос газы прозрачны, и их энергия излу­чения равна нулю. Таким образом, излучение и поглощение газов имеют избирательный характер. Если поглощение и излучение энер­гии в твердых телах происходят в тонком поверхностном слое, то газы излучают и поглощают энергию во всем объеме. Количество поглощае­мой газом энергии зависит от числа находящихся в данном объеме микрочастиц газа. Последнее пропорционально толщине газового слоя, характеризуемой длиной пути луча l, парциальному давлению газа р и его температуре Т. Следовательно,

. (15.18)

Тогда в соответствии с законом Кирхгофа

. (15.19)

Для каждой полосы спектра

.

Плотность интегрального излучения газовой среды определится суммой их значений для отдельных полос, то есть

.

Плотность интегрального излучения для двуокиси углерода и во­дяного пара по опытным данным:

Отсюда следует, что законы излучения газов значительно откло­няются от закона Стефана — Больцмана. Однако в основу практи­ческих расчетов излучения газов положен именно этот закон. В итоге плотность интегрального излучения с поверхности газового слоя опре­деляется уравнением

, (15.20)

где e _г — степень черноты газового слоя, зависящая от температуры, давления и толщины слоя газа. Для Н₂О и СО₂ значения e_г приводятся в виде номограмм, удобных для практических расчетов. Степень черноты газовых смесей определится как сумма степеней черноты отдель­ных компонентов. Плотность лучистого потока, передаваемого от газа к окружающим его стенкам (оболочке), вычисляется по уравнению

, (15.21)

где e_г — степень черноты газа при температуре газа Т_г; А_г — поглощающая способность газа при температуре оболочки Т_ст; — эффективная степень черноты оболочки.

Литература: [4], с. 52-58; [5], с. 193-208; [11], с. 43-45; [12], с. 48-50.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие преобразования происходят с лучистой энергией при попадании на твердое тело?

2.Что такое абсолютно серое тело?

3.Какими свойствами должны обладать радиационные экраны?

4.Сформулируйте закон Кирхгофа. Каков его физический смысл?

5.Сформулируйте закон Стефана-Больцмана. Какие величины входят в уравнение для определения коэффициента теплоотдачи излучением?

6.Сформулируйте закон Планка. Напишите уравнение Планка и объясните его физический смысл.

7.Сформулируйте закон Вина и объясните его связь с законом Планка.

9.Каковы особенности излучения газов?

10.Как определить степень черноты газовой среды?

12.Как определяют лучистый теплообмен между параллельными плоскими стенками?