الهدف من العمل

التعرف على منهجية إجراء تجارب تحديد درجة سواد سطح الجسم.

تنمية مهارات التجريب.

يمارس

تحديد درجة الابتعاثية ε والانبعاثية من أسطح مادتين مختلفتين (النحاس المطلي والفولاذ المصقول).

تحديد اعتماد التغير في درجة الابتعاثية على درجة حرارة السطح.

قارن بين قيم السواد للنحاس المطلي والفولاذ المصقول.

مقدمة نظرية

الإشعاع الحراري هو عملية نقل الطاقة الحرارية من خلال الموجات الكهرومغناطيسية. وتعتمد كمية الحرارة المنقولة بالإشعاع على خصائص الجسم المشع ودرجة حرارته، ولا تعتمد على درجة حرارة الأجسام المحيطة.

بشكل عام، يتم امتصاص التدفق الحراري الواقع على الجسم جزئيًا، وينعكس جزئيًا، ويمر جزئيًا عبر الجسم (الشكل 1.1).

أرز. 1.1. مخطط توزيع الطاقة الإشعاعية

(2)

أين - حادث تدفق الحرارة على الجسم،

- كمية الحرارة التي يمتصها الجسم،

- كمية الحرارة التي يعكسها الجسم،

- كمية الحرارة التي تمر عبر الجسم.

نقسم الأجزاء اليمنى واليسرى حسب تدفق الحرارة:

كميات
تسمى على التوالي: الامتصاص والانعكاس والنفاذية للجسم.

لو
، الذي - التي
، أي. يتم امتصاص كامل تدفق الحرارة الواقع على الجسم. يسمى مثل هذا الجسم أسود تماما .

الهيئات التي
,
أولئك. وينعكس منه كامل التدفق الحراري الواقع على الجسم أبيض . علاوة على ذلك، إذا كان الانعكاس من السطح يطيع قوانين البصريات، فإن الجسم يسمى معكوسة – إذا كان الانعكاس منتشرا – الأبيض تماما .

الهيئات التي
,
أولئك. ويطلق على كامل تدفق الحرارة الساقط على الجسم الذي يمر عبره اسم نفاذية للحرارة أو شفافة تماما .

لا توجد أجسام مطلقة في الطبيعة، لكن مفهوم مثل هذه الأجسام مفيد للغاية، خاصة فيما يتعلق بالجسم الأسود المطلق، حيث أن القوانين التي تحكم إشعاعه بسيطة بشكل خاص، لأنه لا ينعكس أي إشعاع من سطحه.

بالإضافة إلى ذلك، فإن مفهوم الجسم الأسود تمامًا يجعل من الممكن إثبات أنه لا توجد أجسام في الطبيعة تنبعث منها حرارة أكثر من الأجسام السوداء.

على سبيل المثال، وفقًا لقانون كيرشوف، نسبة انبعاثية الجسم وقدرتها على الامتصاص هو نفسه بالنسبة لجميع الأجسام ويعتمد فقط على درجة الحرارة، لجميع الأجسام، بما في ذلك الأسود تمامًا، عند درجة حرارة معينة:

(3)

حيث أن القدرة الامتصاصية لجسم أسود بالكامل
أ و إلخ. دائمًا أقل من 1، ومن ثم يستنتج من قانون كيرشوف أن الحد الأقصى للانبعاثية لديه جسم أسود بالكامل. نظرًا لعدم وجود أجسام سوداء تمامًا في الطبيعة، تم تقديم مفهوم الجسم الرمادي، ودرجة سواده ε، وهي نسبة انبعاثية الجسم الرمادي والجسم الأسود تمامًا:

إتباع قانون كيرتشوف ومراعاة ذلك
يمكن كتابتها
أين
أولئك . تميز درجة السواد كلاً من الانبعاثية النسبية وقدرة الجسم على الامتصاص . القانون الأساسي للإشعاع، الذي يعكس الاعتماد على شدة الإشعاع
ويرتبط بنطاق الطول الموجي هذا (الإشعاع أحادي اللون) قانون بلانك.

(4)

أين - الطول الموجي، [م]؛

;

و هما ثابتا بلانك الأول والثاني.

في التين. 1.2 يتم عرض هذه المعادلة بيانيا.

أرز. 1.2. تمثيل رسومي لقانون بلانك

كما يتبين من الرسم البياني، يصدر جسم أسود بالكامل إشعاعًا عند أي درجة حرارة على مدى واسع من الأطوال الموجية. مع زيادة درجة الحرارة، تتحول شدة الإشعاع القصوى نحو موجات أقصر. يتم وصف هذه الظاهرة بموجب قانون فيينا:

أين
- الطول الموجي المقابل لشدة الإشعاع القصوى.

بالقيم
بدلًا من قانون بلانك، يمكن تطبيق قانون رايلي-جينز، والذي يُسمى أيضًا "قانون الإشعاع طويل الموجة":

(6)

ترتبط شدة الإشعاع بكامل نطاق الطول الموجي من
قبل
(الإشعاع التكاملي)، يمكن تحديده من قانون بلانك بالتكامل:

أين هو انبعاثية الجسم الأسود. يُطلق على هذا التعبير اسم قانون ستيفان-بولتزمان، الذي وضعه بولتزمان. بالنسبة للأجسام الرمادية، يتم كتابة قانون ستيفان-بولتزمان على النحو التالي:

(8)

- انبعاثية الجسم الرمادي. يتم تحديد انتقال الحرارة بالإشعاع بين سطحين بناءً على قانون ستيفان-بولتزمان وله الشكل:

(9)

لو
، فإن درجة الانبعاثية المنخفضة تصبح مساوية لدرجة انبعاثية السطح ، أي.
. يشكل هذا الظرف أساس طريقة تحديد الانبعاثية ودرجة السواد للأجسام الرمادية ذات الأبعاد الضئيلة مقارنة بالأجسام التي تتبادل الطاقة الإشعاعية مع بعضها البعض

(10)

(11)

كما يتبين من الصيغة، تحديد درجة الابتعاثية والانبعاثية معيحتاج الجسم الرمادي إلى معرفة درجة حرارة السطح الجسم الذي يتم اختباره، درجة الحرارة بيئةوتدفق الحرارة المشع من سطح الجسم
. درجات الحرارة و يمكن قياسها بالطرق المعروفة. ويتم تحديد التدفق الحراري الإشعاعي من الاعتبارات التالية.

تنتشر الحرارة من سطح الأجسام إلى الفضاء المحيط من خلال الإشعاع وانتقال الحرارة أثناء الحمل الحراري الحر. تدفق كامل من سطح الجسم سيكون بالتالي مساوياً لـ:

، أين
;

- المكون الحراري لتدفق الحرارة والذي يمكن تحديده وفقًا لقانون نيوتن-ريتشمان:

(12)

بدوره، معامل انتقال الحرارة يمكن تحديدها من التعبير:

(13)

درجة الحرارة المحددة في هذه التعبيرات هي درجة حرارة الطبقة الحدودية:

أرز. 2 مخطط الإعداد التجريبي

أسطورة:

ب – التبديل.

P1، P2 - منظمات الجهد.

PW1، PW2 - عدادات الطاقة (مقاييس الواط)؛

NE1، NE2 - عناصر التسخين؛

IT1، IT2 - أجهزة قياس درجة الحرارة؛

T1، T2، الخ. - المزدوجات الحرارية.

دراسة الإشعاع الحراري. تحديد درجة السواد لمصباح التنغستن المتوهج

3.1 الإشعاع الحراري وخصائصه

الأجسام التي يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية قادرة على إصدار موجات كهرومغناطيسية. ويسمى وهج الأجسام المرتبط بالتسخين بالإشعاع الحراري. وهذا الإشعاع هو الأكثر شيوعاً في الطبيعة. الإشعاع الحراري يمكن أن يكون متوازنا، أي. يمكن أن يكون في حالة توازن ديناميكي حراري مع وجود مادة في نظام مغلق (معزول حرارياً). السمة الطيفية الكمية للإشعاع الحراري هي الكثافة الطيفية لمعان الطاقة (الانبعاثية):

أين هي الكثافة الطيفية لمعان الطاقة؟ - طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعثة لكل وحدة زمنية من وحدة مساحة سطح الجسم في نطاق الطول الموجي من إلى ;

من سمات الطاقة الإجمالية للإشعاع الحراري لكل وحدة مساحة سطح الجسم في كامل نطاق الطول الموجي من إلى لمعان الطاقة (لمعان الطاقة المتكاملة):

3.2. صيغة وقوانين بلانك الإشعاع الحراري للجسم الأسود

قانون ستيفان بولتزمان

في عام 1900، طرح بلانك فرضية مفادها أن المذبذبات الذرية لا تصدر الطاقة بشكل مستمر، ولكن بأجزاء من الكم. وفقا لفرضية بلانك، يتم تحديد الكثافة الطيفية لمعان الطاقة الصيغة التالية:

. (3)

من صيغة بلانك يمكننا الحصول على تعبير عن اللمعان النشط. دعونا نستبدل قيمة الكثافة الطيفية للسطوع النشط للجسم من الصيغة (3) إلى التعبير (2):

(4)

لحساب التكامل (4)، نقوم بإدخال متغير جديد. من هنا ؛ . ثم يتم تحويل الصيغة (4) إلى النموذج:

لأن فإن التعبير (5) للضياء النشط سيكون على الشكل التالي:

. (6)

العلاقة (6) هي قانون ستيفان-بولتزمان، حيث ثابت ستيفان-بولتزمان ث/(م2ك4).

وهذا يعطينا تعريف قانون ستيفان-بولتزمان:

يتناسب اللمعان النشط لجسم أسود بالكامل بشكل مباشر مع القوة الرابعة لدرجة الحرارة المطلقة.

في نظرية الإشعاع الحراري، جنبا إلى جنب مع نموذج الجسم الأسود، غالبا ما يستخدم مفهوم الجسم الرمادي. يسمى الجسم باللون الرمادي إذا كان معامل امتصاصه هو نفسه لجميع الأطوال الموجية ويعتمد فقط على درجة الحرارة وحالة السطح. بالنسبة للجسم الرمادي، فإن قانون ستيفان-بولتزمان له الصيغة التالية:

أين هي ابتعاثية الباعث الحراري (عامل الابتعاثية).

· القانون الأول للنبيذ (قانون الإزاحة للنبيذ)

دعونا نفحص العلاقة (3) للنهاية. للقيام بذلك، نحدد المشتقة الأولى للكثافة الطيفية بالنسبة إلى الطول الموجي ونساويها بالصفر.

. (8)

دعونا نقدم متغيرا. ومن المعادلة (8) نحصل على:

. (9)

في الحالة العامة، يتم حل المعادلة المتعالية (9) بطريقة التقريبات المتعاقبة. وبما أنه بالنسبة لدرجات الحرارة الحقيقية، يمكن إيجاد حل أبسط للمعادلة (9). في الواقع، في ظل هذا الشرط، يتم تبسيط العلاقة (9) وتأخذ الشكل:

الذي لديه الحل في . لذلك

يؤدي الحل الأكثر دقة للمعادلة (9) باستخدام طريقة التقريبات المتعاقبة إلى الاعتماد التالي:

, (10)

أين عضو الكنيست.

من العلاقة (10) يتبع تعريف قانون فيينا الأول (قانون النزوح في فيينا).

يتناسب الطول الموجي المقابل للكثافة الطيفية القصوى للسطوع النشط عكسًا مع درجة حرارة الجسم.

تسمى الكمية بثابت قانون الإزاحة في فيينا.

· القانون الثاني للخمر

دعونا نستبدل القيمة من المعادلة (10) في التعبير عن الكثافة الطيفية لمعان الطاقة (3). ثم نحصل على الكثافة الطيفية القصوى:

, (11)

أين ث / م 2 ك 5.

من العلاقة (11) يتبع تعريف قانون فيينا الثاني.

تتناسب الكثافة الطيفية القصوى لضياء الطاقة لجسم أسود تمامًا بشكل مباشر مع القوة الخامسة لدرجة الحرارة المطلقة.

تسمى الكمية بثابت قانون فيينا الثاني.

ويبين الشكل 1 اعتماد الكثافة الطيفية للضياء النشط على الطول الموجي لجسم معين عند درجتين درجات حرارة مختلفة. مع زيادة درجة الحرارة، يجب أن تزيد المساحة الواقعة تحت منحنيات الكثافة الطيفية بما يتناسب مع القوة الرابعة لدرجة الحرارة وفقًا لقانون ستيفان-بولتزمان، ويجب أن ينخفض ​​الطول الموجي المقابل للكثافة الطيفية القصوى بما يتناسب عكسيًا مع درجة الحرارة وفقًا لقانون الإزاحة في فيينا، ويجب أن تزيد القيمة القصوى للكثافة الطيفية بشكل يتناسب طرديًا مع القوة الخامسة لدرجة الحرارة المطلقة وفقًا لقانون فيينا الثاني.

الصورة 1

4. الأجهزة والملحقات. وصف التثبيت

تم في هذا العمل استخدام خيوط المصابيح الكهربائية ذات القوى المختلفة (25، 60، 75 و 100 واط) كجسم باعث. لتحديد درجة حرارة فتيل المصابيح الكهربائية يتم أخذ خاصية الجهد الحالي والتي منها يتم تحديد قيمة المقاومة الساكنة () للفتيل وحساب درجة حرارته. يوضح الشكل 2 خاصية الجهد الحالي النموذجية للمصباح المتوهج. يمكن ملاحظة أنه عند القيم الحالية المنخفضة، يعتمد التيار خطيًا على الجهد المطبق ويمر الخط المستقيم المقابل عبر الأصل. مع زيادة أخرى في التيار، يتم تسخين الخيوط، وتزداد مقاومة المصباح، ويلاحظ انحراف خاصية الجهد الحالي عن الاعتماد الخطي الذي يمر عبر أصل الإحداثيات. للحفاظ على التيار عند مقاومة أعلى، مطلوب جهد أعلى. تتناقص المقاومة التفاضلية للمصباح بشكل رتيب ثم تأخذ قيمة ثابتة تقريبًا، وتكون خاصية الجهد الحالي ككل غير خطية. بافتراض أن الطاقة التي يستهلكها المصباح الكهربائي تتم إزالتها عن طريق الإشعاع، يمكننا تحديد معامل الانبعاث لخيط المصباح أو تقدير ثابت ستيفان-بولتزمان باستخدام الصيغة:

, (12)

أين هي مساحة خيوط المصباح؟ - درجة السواد. - ثابت ستيفان بولتزمان.

من الصيغة (12) يمكنك تحديد معامل الانبعاث للخيط المتوهج للمصباح الكهربائي.

. (13)

الشكل 2

ويبين الشكل 3 رسم بياني كهربائيتركيبات لقياس خصائص الجهد الحالي للمصباح وتحديد مقاومة الشعيرة ودرجة حرارتها ودراسة قوانين الإشعاع الحراري. المفاتيح K 1 و K 2 مخصصة لتوصيل أدوات القياس الكهربائية بالحدود المطلوبة لقياس التيار والجهد.

يتم توصيل المقاومة المتغيرة بدائرة تيار متردد بجهد رئيسي 220 فولت باستخدام دائرة قياس الجهد التي تضمن تغييرًا سلسًا في الجهد من 0 إلى 220 فولت.

يعتمد تحديد درجة حرارة الشعيرة على الاعتماد المعروف لمقاومة المعدن على درجة الحرارة:

أين تكون مقاومة الفتيل عند 0 درجة مئوية؛ - معامل درجة حرارة مقاومة التنغستن 1/درجة.

الشكل 3

دعونا نكتب التعبير (14) لدرجة حرارة الغرفة.

. (15)

بقسمة التعبير (14) على (15) حدًا بعد حد نحصل على:

ومن هنا نحدد درجة حرارة الفتيل:

. (17)

وبالتالي، فإن معرفة المقاومة الساكنة للخيط في غياب التيار عند درجة حرارة الغرفة ومقاومة الفتيل عند تدفق التيار، يمكن تحديد درجة حرارة الفتيل. عند تنفيذ العمل، يتم قياس المقاومة في درجة حرارة الغرفة بواسطة أداة قياس كهربائية رقمية (اختبار)، ويتم حساب المقاومة الثابتة للخيط باستخدام قانون أوم

6. إجراءات أداء العمل

1. قم بفك المصباح المتوهج من المقبس، وباستخدام عداد كهربائي رقمي، حدد مقاومة فتيل المصباح الكهربائي الذي يتم اختباره في درجة حرارة الغرفة. سجل نتائج القياس في الجدول 1.

2. قم بربط المصباح في المقبس، واقرأ خصائص الجهد الحالي للمصباح (اعتماد التيار على الجهد). قم بقياس قوة التيار كل 5 مللي أمبير بعد تعرض قصير لمدة 2-5 دقائق، وسجل نتائج القياس في الجدول 1.

3. احسب باستخدام الصيغة (18) و(17) مقاومة الفتيل ودرجة حرارته عند 0 درجة مئوية وK.

4. احسب معامل الانبعاثية للخيط باستخدام الصيغة (13). سجل نتائج الحساب في الجدول 1.

بيانات تجريبية لحساب معامل الابتعاثية

الجدول 1

№	أنا،	الخامس،	ف،	ص،	ر،	تي،	س،	ك
	أماه	في	دبليو	أوم	0 ج	ل	م 2

5. بناءً على البيانات الواردة في الجدول 1، قم برسم خاصية الجهد الحالي للمصباح، واعتماد المقاومة ومعامل الانبعاث على درجة الحرارة والطاقة.

الإشعاع الصادر من المواد الصلبة هو إشعاع سطحي، في حين أن الإشعاع الصادر عن الغازات هو إشعاع حجمي.

يتم حساب انتقال الحرارة بالإشعاع بين سطحين مسطحين رماديين متوازيين من المواد الصلبة بدرجات حرارة T 0 1 abs و T 0 2 abs (T 1 > T 2) بواسطة الصيغة

الإنعاش القلبي الرئوي - انخفاض الابتعاثية.

ج1- الانبعاثية من سطح الجسم الأول؛

ج2 - انبعاثية سطح الجسم الثاني؛

C s = 4.9 سعرة حرارية/م 2 ساعة درجة 1 - انبعاثية الجسم الأسود.

في الحسابات العملية يكون من الملائم أكثر استخدام ما يسمى بدرجة الانبعاث

=.

انخفاض الابتعاثية

وفي حالة الجسم الأول ذو السطح F1 من الكل

الجوانب المحاطة بالسطح F 2 من الجسم الثاني، يتم تحديد كمية الحرارة المنقولة بواسطة الصيغة

يتم تحديد انخفاض الابتعاثية ودرجة الابتعاثية المنخفضة بواسطة الصيغ

في حالة F 2 >F 1، أي.

ج العلاقات العامة = ج 1 و العلاقات العامة = 1 .

ومن أجل تقليل فقدان الحرارة بسبب الإشعاع، يتم استخدام ما يسمى بالشاشات. الشاشة عبارة عن ورقة رقيقة الجدران تغطي السطح المشع وتقع على مسافة قصيرة من الأخير. كتقريب أولي، لا يؤخذ في الاعتبار انتقال الحرارة بالحمل الحراري عبر فجوة الهواء بين الشاشة والسطح المشع. كما يتم دائمًا إهمال المقاومة الحرارية لجدار الشاشة نفسها، أي أن درجات الحرارة على أسطحها تعتبر واحدة.

بالنسبة للشاشات المتوازية المسطحة، يتم استخدام صيغة نقل الحرارة عن طريق الإشعاع مع الاستبدال ما يسمى بالدرجة المكافئة للانبعاثية

أين 12 ,23، وما إلى ذلك - تحددها صيغة pr، انخفاض درجة الابتعاثية أثناء التبادل الحراري عن طريق الإشعاع بين السطحين الأول والثاني، وبين السطحين الثاني والثالث، وما إلى ذلك.

عند تدريع الأجسام الأسطوانية (الأنابيب)، تعادل درجة الابتعاثية

يتم حساب كمية الحرارة المنقولة Q بواسطة الصيغة

إشعاع الغازات

الغازات المشعة هي غازات ثلاثية الذرات ومتعددة الذرات. الإشعاع له أهمية عملية كبيرة

ثاني أكسيد الكربون وH2O.

انبعاث الغازات انتقائي ويعتمد على حجم وشكل حجم الغاز.

يتم تحديد كمية الحرارة التي تنتقل بالإشعاع من حجم الغاز الذي مكوناته CO 2 وH 2 O إلى الغلاف المحيط به والذي له خصائص الجسم الرمادي من خلال الصيغة

حيث T الغاز هو درجة الحرارة المطلقة لحجم الغاز المشع؛

T st - درجة الحرارة المطلقة للقشرة المحيطة؛

= 0,5 (+ 1) - الدرجة الفعالة لانبعاث القشرة (عند من 0.8 إلى 1.0)؛

=
+
- درجة سواد الغاز المحددة من الرسوم البيانية في الشكل. 85 و86 لمتوسط ​​درجة حرارة الغاز؛

- درجة انبعاث الغاز، يتم تحديدها بنفس الرسوم البيانية، ولكن حسب درجة الحرارة t للقذيفة؛

تصحيح β للضغط الجزئي لبخار الماء، والذي تم تحديده من الرسم البياني في الشكل. 87.

درجة السواد لثاني أكسيد الكربون
وبخار الماء
يعتمد على درجة حرارة حجم الغاز والسمك الفعال للطبقة المشعة ps، حيث pata هو الضغط الجزئي للمكون المشع وsm هو طول الحزمة المخفض.

يمكن تحديد طول الشعاع المنخفض تقريبًا بواسطة الصيغة

حيث Vm 3 هو الحجم المملوء بالغاز المشع (الحجم المشع)؛

FM 2 - سطح القشرة.

في بعض الحالات الخاصة، يتم تحديد طول الشعاع المخفض بواسطة الصيغ التالية:

لحجم الغاز في الفضاء بين الأنابيب (ق 1 - خطوة طولية، أي المسافة بين محاور الأنابيب على التوالي؛ ق 2 - خطوة عرضية، أي خطوة بين الصفوف؛ د - قطر الأنبوب)

لطبقة غازية متوازية المستوى ذات مدى وسمك لا نهائيين

ق = 1.8 ;

لقطر الاسطوانة د

في بعض الأحيان يتم تقديم مفهوم معامل انتقال الحرارة بالإشعاع α l كيلو كالوري/م 2 ساعة درجة. يتم تحديد هذا المعامل بواسطة الصيغة

مثال. حدد كمية الحرارة المنقولة بالإشعاع من صفيحة فولاذية ساخنة، درجة حرارة سطحها t 1 = 1027 درجة مئوية، إلى لوحة أخرى مماثلة، درجة حرارة سطحها t 2 = 27 درجة مئوية، تقع موازية للأول .

الحل: من الملحق رقم 20 نجد درجة انبعاثية اللوحة الفولاذية (المؤكسدة):
. نحن نحدد المعطى

درجة الانبعاث وفقا للصيغة

كمية الحرارة المنقولة

مثال. يتم وضع أنبوب بخار فولاذي يبلغ قطره 300 مم في الغرفة، ودرجة حرارة الجدار الخارجي t 1 = 300 درجة مئوية. ومن أجل تقليل فقدان الحرارة، يتم تغطية خط البخار بغلاف أسطواني مزدوج (شاشة). الغلاف الأول بقطر 320 ملم مصنوع من صفائح فولاذية رفيعة ( = 0.82)، الغلاف الثاني بقطر 340 ملم مصنوع من صفائح الألمنيوم الرقيقة ( = 0.055). تحديد فقدان الحرارة لكل 1 خطي. م من أنابيب البخار العارية والمحمية، وكذلك درجة حرارة غلاف الألومنيوم. إهمال انتقال الحرارة بالحمل الحراري. درجة حرارة الغرفة 25 درجة مئوية.

الحل: دعونا نحدد فقدان الحرارة بواسطة خط أنابيب البخار العاري، على افتراض أن سطح خط أنابيب البخار F 1 أصغر بعدة مرات من سطح جدران الغرفة F 4 . عند ف1<

العلاقات العامة = 1 = 0.80

(للفولاذ المؤكسد).

وفقا للصيغة

الآن دعونا نحدد فقدان الحرارة في وجود الشاشات. نحدد معاملات الانبعاث المخفضة:

الانبعاثية المكافئة

كمية الحرارة المنقولة بواسطة الإشعاع

وبالتالي، نتيجة لتركيب الشاشات، انخفض فقدان الحرارة بنسبة

لتحديد درجة حرارة لوح الألمنيوم، نقوم بإنشاء المعادلة

وبحل هذه المعادلة نجد

مثال. يتم استخدام المزدوجة الحرارية لقياس درجة حرارة الهواء الساخن المتدفق عبر القناة. بين تقاطع المزدوجة الحرارية وجدران القناة (الشكل 88)، يحدث تبادل حراري مشع، مما يشوه قراءات المزدوجة الحرارية. لتقليل الخطأ عند قياس درجة الحرارة، يتم إغلاق المزدوجة الحرارية بأنبوب الشاشة 1. أوجد درجة الحرارة الفعلية لتدفق الهواء إذا أظهرت المزدوجة الحرارية درجة حرارة t = 200 درجة مئوية. درجة حرارة الجدار الداخلي للقناة t st = 100 درجة مئوية درجة ابتعاثية الشاشة والوصلة الحرارية هي نفسها وتساوي 0.8. معامل انتقال الحرارة من الهواء إلى الوصلة المزدوجة الحرارية هو α = 40 كيلو كالوري/م 2 ساعة درجة، وإلى سطح الشاشة α = 10 كيلو كالوري/م 2 ساعة درجة.

الحل: دعونا نشير إلى الحقيقي

(مرغوب فيه) درجة حرارة الهواء t in.

درجة الحرارة التي تحددها

الحرارية، هي درجة الحرارة

سولدا لها ر.

لنقم بإنشاء معادلة للتوازن الحراري للوصلة الحرارية. كمية الحرارة التي تتلقاها الوصلة بسبب الحمل الحراري تساوي

وكمية الحرارة المنبعثة من الإشعاع من السطح F للوصلة إلى السطح F للوصلة المزدوجة الحرارية لأنبوب الشاشة المحيط بالوصلة هي

حيث T e هي درجة الحرارة المطلقة للسطح الداخلي لأنبوب الشاشة.

مع الأخذ في الاعتبار أن F e >>F، نحصل على
.

في الوضع الثابت، سيتم التعبير عن التوازن الحراري للوصلة الحرارية بالمعادلة

الآن لنقم بإنشاء توازن حراري لأنبوب الشاشة، مع إهمال المقاومة الحرارية للأنبوب نفسه. وصول الحرارة بسبب الحمل الحراري

من الواضح أن اكتساب الحرارة الناتج عن الإشعاع من الوصلة الحرارية يساوي الحرارة

والذي بدوره يساوي

استهلاك الحرارة بسبب إشعاع السطح الخارجي لأنبوب الشاشة على الجدران المحيطة بالقناة

ومنذ في في هذه الحالةف ش >>ف ه، ثم
. وبالتالي، يتم التعبير عن التوازن الحراري لأنبوب الشاشة بالمعادلة

عادة في هذه المعادلة يتم إهمال الحد الأول على اليسار.

أجزاء (بسبب F e >>F). ثم

يتيح لنا الحل المشترك للمعادلات تحديد المطلوب

درجة الحرارة تي في

نحل المعادلات الناتجة بيانيا، ونحسب منها

درجة الحرارة ر اعتمادا على ر ه. تحدد نقطة تقاطع المنحنيات المقابلة (الشكل 89) درجة الحرارة عند:

خطأ في تحديد درجة الحرارة باستخدام المزدوجات الحرارية

مثال. تحديد كمية الحرارة المنقولة بالإشعاع إلى الأنابيب الفولاذية الموجودة في قناة الغاز في غلاية بخارية تعمل بأنابيب المياه. الضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون في بخار الماء في غازات المداخن هي على التوالي p C O 2 = 0.15 ata وp H 2 O = 0.075 ata. القطر الخارجي للأنابيب د = 51 ملم؛ خطواتها الطولية 1 = 90 مم وخطواتها العرضية 2 = 70 مم. درجة حرارة الغاز

ن
عند مدخل قناة الغاز / = 1000 0 درجة مئوية، وعند الخروج من قناة الغاز // = 800 0 درجة مئوية درجة الحرارة الخارجية

سطح الأنبوب ثابت

ويساوي t st = 230 0 C.

الحل.أولي

تحديد متوسط ​​درجة الحرارة

تدفق الغاز الذي نقبله

يساوي درجة حرارة التصميمر الغاز.

المقابلة سماكة الطبقة الفعالة

وفقا للرسوم البيانية في الشكل. 85 و 86 نجد

تصحيح β للضغط الجزئي لبخار الماء (حسب الشكل 87) β = 1.06.

وفقا للصيغة

معامل انتقال الحرارة بالإشعاع

مثال. يتحرك خليط من الغازات في أنبوب فولاذي أسطواني قطره الداخلي d = 0.25 m. متوسط ​​درجة حرارة الغاز = 1100 درجة مئوية الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون

= 0.45 أتا. درجة حرارة الجدار tst = 300 0 درجة مئوية. حدد كمية الحرارة المنقولة بالإشعاع لكل متر خطي واحد. م الأنابيب.

الحل: تقليل طول الشعاع

S=0.9d=0.9·0.25=0.225 م.

السُمك الفعال للطبقة المشعة

س
=0.225·0.45=0.101 م آتا.

وفقا للشكل. يتم تحديد 85 عند t= 1100 درجة مئوية
=0.10: att= 300 0 درجة مئوية
= 0.095. وبما أنه لا يوجد بخار ماء في الخليط إذن الغاز = 0.10 و
= 0,095.

وفقا للصيغة

ل 1 خطي م

مهام

453. تحديد كمية الحرارة التي تشعها لوحة فولاذية عند درجة حرارة t 1 = 600 درجة مئوية إلى لوح نحاسي من نفس الحجم عند درجة حرارة t 2 = 27 0 درجة مئوية، تقع موازية للوحة. حدد أيضًا معامل انتقال الحرارة بالإشعاع.

الإجابة: ف 12 = 5840 سعرة حرارية/م2 ساعة؛ α ل = 10.2 سعرة حرارية/م2 ساعة درجة.

454. يحدث التبادل الحراري الإشعاعي بين مستويين متوازيين. سطح له درجة حرارة t 1 =

600 درجة مئوية ودرجة السواد =0.64، تبعث الحرارة بالكمية

ف 12 = 1000 سعرة حرارية/م2 ساعة. تحديد درجة حرارة السطح الخشن المصنوع من الألومنيوم المتلقي للحرارة ( = 0,055).

الجواب: ر 2 = 390 0 ج.

455. تحديد كمية الحرارة ف 12 كيلو كالوري/م 2 ساعة يشعها سطح جدار مسطح إلى جدار مسطح موازي آخر. درجات حرارة الجدار هي على التوالي t 1 = 227 درجة مئوية وt 2 = 27 0 درجة مئوية. ويتم التحديد لأربعة خيارات:

أ) C 1 = C 2 = C s = 4.9 كيلو كالوري/م 2 ساعة درجة 4 (أسطح سوداء تمامًا)؛

ب) C 1 = C 2 = 4.3 سعرة حرارية/م 2 ساعة درجة 4 (الأسطح الفولاذية غير اللامعة)؛

ج) C 1 = 4.3 سعرة حرارية/م 2 ساعة درجة 4 (سطح فولاذي غير لامع)،

C 2 = 0.3 سعرة حرارية/م 2 ساعة درجة 4 (صفيح)؛

د) C 1 = C 2 = 0.3 كيلو كالوري/م 2 ساعة درجة 4 (صفيح).

الجواب: أ) ف 12 = 2660 سعرة حرارية / م 2 ساعة؛ 6) ف 12 = 2080 سعرة حرارية / م 2 ساعة؛

ج) ف 12 = 160 سعرة حرارية/م 2 ساعة؛ د) ف 12 = 84 سعرة حرارية / م 2 ساعة.

456. يوجد أنبوب فولاذي قطره d = 200 mm وطوله 1 = 5 m في غرفة من الطوب، عرضها a = 8 m وارتفاعها h = 5 m. تحديد فقدان الحرارة بالإشعاع لـ الأنابيب إذا كانت درجة حرارة سطح الأنبوب t 1 = 327 درجة مئوية، فإن درجة حرارة سطح جدران الغرفة t 2 = 27 درجة مئوية.

الجواب: س12=14950 سعرة حرارية/الساعة.

457. حل المشكلة السابقة بشرط أن أ) يقع الأنبوب الفولاذي في ممر من الطوب بمقطع عرضي 2 × 1 م و ب) يقع الأنبوب الفولاذي في قناة من الطوب بمقطع عرضي 350 × 350 مم. درجة حرارة الجدران في الحالتين t2 = 27 درجة مئوية. قارن النتائج مع إجابة المسألة السابقة.

الجواب: أ) س 12 = 14900 سعرة حرارية/ساعة؛ ب)س 12 = 14500 سعرة حرارية/ساعة.

458. تحديد فقدان الحرارة بسبب الإشعاع بخط خطي واحد. م من خط أنابيب البخار الصلب. القطر الخارجي لخط أنابيب البخار هو d = 0.2 م، ودرجة حرارة سطحه t 1 = 310 درجة مئوية، ودرجة الحرارة

الهواء المحيط t 2 = 50 0 C. قارن نتائج الحل مع إجابة المشكلة 442.

الجواب: ف= 2575 سعرة حرارية/خطية. م ساعة؛ فقدان الحرارة بسبب الإشعاع أكبر بمقدار 2.36 مرة من فقدان الحرارة من خلال نقل الحرارة بالحمل الحراري.

459. باب احتراق من الحديد الزهر بقياس 500 × 400 مم من غلاية بخارية لديه درجة حرارة t 1 = 540 درجة مئوية ( = 0.64). حدد كمية الحرارة المشعة إذا كانت درجة الحرارة في غرفة الغلاية t2 = 35 درجة مئوية. كما حدد معامل انتقال الحرارة بالإشعاع.

الإجابة: س = 2680 سعرة حرارية/ساعة، α l = 2b.5 سعرة حرارية/م 2 ساعة درجة.

460. تحديد انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع بين الأسطح المتوازية المصنوعة من الفولاذ غير اللامع (انظر المشكلة 455 6)، إذا تم وضع حاجز على شكل صفائح فولاذية رقيقة لها نفس الانبعاثية بينهما.

الجواب: س 12 = 1040 سعرة حرارية/م2 ساعة.

461. حل مسألة 460 بشرط وضع شاشة مكونة من أربع صفائح فولاذية رفيعة لها نفس الانبعاثية بين الأسطح الفولاذية.

الجواب: ف 12 = 416 سعرة حرارية / م 2 ساعة.

462. حل مشكلة 455 6 بشرط وضع حاجز صفيح بين الأسطح الفولاذية. قارن نتيجة الحل مع إجابة المسألة 455 6.

الجواب: ف 12 = 81 سعرة حرارية/م 2 ساعة، أي أن كمية الحرارة المنقولة تقل بحوالي 25 مرة.

463. حل مشكلة 455 6 على أن يكون بين السطوح الفولاذية شاشة مكونة من ورقتين من الصفيح.

الجواب: س 12 = 41.5 سعرة حرارية/م2 ساعة.

464. يتم تعبئة فرن الغلاية البخارية بشعلة لهب لها درجة حرارة مشروطة t 1 = 1000 0 درجة مئوية ودرجة انبعاثية مشروطة = 0.3. حدد كمية الحرارة المنبعثة من خلال الفتحة اللولبية لصندوق الاحتراق، والمغلقة بباب من الحديد الزهر ( = 0.78) وكذلك درجة حرارة الباب نفسه إذا كانت درجة الحرارة في غرفة الغلاية t 2 = 30 0 مئوية (يمكن اعتبار الباب المصنوع من حديد الزهر بمثابة شاشة مسطحة بين الشعلة والبيئة). من المفترض أن تكون درجة سواد البيئة 1.0.

الإجابة: ف = 25530 سعرة حرارية/م 2 ساعة، ر د ف = ب5ب درجة مئوية.

465. حل المشكلة السابقة بشرط أن يكون باب الحديد الزهر مزودًا بعاكس من الحديد الزهر موجود على جانب صندوق الاحتراق (يمكن اعتبار هذا العاكس بمثابة شاشة).

الإجابة: ف = 19890 سعرة حرارية / م 2 ساعة، ر = 580 درجة مئوية.

466. حل المثال في الصفحة 225 بشرط أن تكون الوصلة الحرارية غير محمية بأنبوب شاشة.

الجواب: ر في = 230 0 ج؛ الخطأ في تحديد درجة الحرارة 13%.

467. حل مسألة 458 بشرط أن يكون خط البخار محاطاً بشاشة مصنوعة من صفائح الفولاذ ( = 0.82). قطر الغربال d e = 0.3 م يوجد هواء بين خط البخار والغربال الفولاذي. عند تحديد فقدان الحرارة بسبب الإشعاع، لا ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار التبادل الحراري بالحمل الحراري بين الشاشة والهواء. تحديد درجة حرارة الشاشة أيضًا. قارن النتائج مع إجابة المسألة 458. الإجابة: ف= 1458 سعرة حرارية/خطية. م ساعة ر = 199 درجة مئوية.

468. حل المشكلة السابقة مع مراعاة التبادل الحراري بالحمل بين الشاشة والهواء، مع أخذ معامل انتقال الحرارة يساوي α e = 20 كيلو كالوري/م 2 ساعة درجة. قارن النتيجة بإجابة المسألتين 458 و 467.

الجواب: ف= 1890 سعرة حرارية/خطية. م ساعة ر = 126 درجة مئوية.

إشارة: عند حل المشكلة 468، من الضروري الرسم

معادلة التوازن الحراري.

469. خط أنابيب البخار بقطر d = 0.2 م (المشار إليه في المشكلة 458) مغطى بالعزل الحراري، ويتكون من 5 شاشات من ورق ألومنيوم (= 0.055). المسافة بين طبقات الرقائق هي = 5 ملم. حدد عدد المرات التي يكون فيها فقدان الحرارة بالإشعاع من خط بخار معزول أقل من فقدان الحرارة من خط بخار غير معزول. الجواب: 127 مرة أقل.

470. تحديد معامل انتقال الحرارة بالإشعاع من غازات المداخن إلى جدران أنابيب تسخين المياه في المراجل البخارية. القطر الخارجي للأنابيب د= 44.5 ملم، والمسافة الطولية للأنابيب على التوالي

s 1 = 135 مم، والخطوة العرضية s 2 = 90 مم. درجة حرارة الغازات عند مدخل المداخن هي t / = 900 درجة مئوية، وعند الخروج t // = 700 درجة مئوية. درجة حرارة سطح جدران الأنابيب هي t st = 300 درجة مئوية. الضغوط الجزئية ل الغازات الثلاثية تساوي:
= 0.18 آتا و
= 0.08 آتا.

الجواب: α ل 12.8 سعرة حرارية/م2 لمدة ساعتين.

471. حل المشكلة السابقة بشرط تقليل خطوات الأنابيب إلى s 1 = 81 مم و s 2 = 65 مم، وترك البيانات الأولية المتبقية دون تغيير. الإجابة: α l = 8 سعرة حرارية/م2 لمدة ساعتين.

472. يتحرك خليط من الغازات ذات التركيبة التالية (من حيث الحجم) في قناة ضيقة ذات مقطع عرضي 820 × 20 مم: N 2 = 73%؛ يا 2 = 2%; ثاني أكسيد الكربون = 15%، H2O = 10%. متوسط ​​درجة حرارة خليط الغاز هو غاز = 900 درجة مئوية، وضغط الخليط هو p = 1 ata. جدران القناة مصنوعة من صفائح الفولاذ. درجة الحرارة على سطح جدران القناة t st = 100 درجة مئوية. تحديد كمية الحرارة المنقولة من الغازات إلى جدران القناة عن طريق الإشعاع. الجواب: س=4000 سعرة حرارية/م2 ساعة.

وكالة التعليم الاتحادية

المؤسسة التعليمية الحكومية العليا

التعليم المهني

"جامعة إيفانوفسك الحكومية للطاقة

تم تسميته على اسم V.I. لينين"

قسم الأسس النظريةمهندسي التدفئة

تحديد الدرجة المتكاملة للانبعاثية لجسم صلب

المبادئ التوجيهية لأداء العمل المختبري

ايفانوفو 2006

تم تأليفه بواسطة V. V. بوخميروف

أولئك. سوزينوف

المحرر د. راكوتينا

الدليل موجه للطلبة الدارسين في تخصصات الهندسة الحرارية 140101، 140103، 140104، 140106، 220301 والذين يدرسون مقرر “انتقال الحرارة والكتلة” أو “الهندسة الحرارية”.

تحتوي المبادئ التوجيهية على وصف للإعداد التجريبي، ومنهجية إجراء التجربة، فضلا عن الصيغ الحسابية اللازمة لمعالجة النتائج التجريبية.

تمت الموافقة على المبادئ التوجيهية من قبل اللجنة المنهجية لدورة TEF.

المراجع

قسم الأساسيات النظرية للهندسة الحرارية، جامعة إيفانوفو الحكومية للطاقة

1. المهمة

1. تحديد تجريبيًا الدرجة المتكاملة للانبعاثية لخيوط التنغستن الرقيقة.

2. مقارنة نتائج التجربة بالبيانات المرجعية.

2. معلومات مختصرة عن نظرية انتقال الحرارة الإشعاعي

الإشعاع الحراري (التبادل الحراري للإشعاع) هو وسيلة لنقل الحرارة في الفضاء يتم إجراؤها نتيجة لانتشار الموجات الكهرومغناطيسية التي تتحول طاقتها إلى حرارة عند التفاعل مع المادة. يرتبط انتقال الحرارة الإشعاعي بتحول مزدوج للطاقة: في البداية، يتم تحويل الطاقة الداخلية للجسم إلى طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي، وبعد ذلك، بعد أن يتم نقل الطاقة في الفضاء عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية، يتم تحويل ثاني للطاقة الإشعاعية إلى طاقة إشعاعية. تحدث الطاقة الداخلية لجسم آخر.

يعتمد الإشعاع الحراري للمادة على درجة حرارة الجسم (درجة تسخين المادة).

يمكن امتصاص طاقة الإشعاع الحراري الساقطة على الجسم أو عكسها أو انتقالها من خلاله. يُطلق على الجسم الذي يمتص كل الطاقة الإشعاعية الواردة عليه اسم الجسم الأسود المطلق (ABL). لاحظ أنه عند درجة حرارة معينة، يبعث الجسم الأسود أكبر قدر ممكن من الطاقة.

تسمى كثافة تدفق إشعاع الجسم الانبعاثية.تسمى معلمة الإشعاع هذه داخل منطقة الطول الموجي الأولي بالطيفية كثافة التدفق الطبيعي الإشعاع أو الابتعاثية الطيفية للجسم. تعتمد انبعاثية الجسم الأسود على درجة الحرارة، وتخضع لقانون ستيفان-بولتزمان:

, (1)

حيث  0 = 5.6710 -8 واط/(م 2 K 4) – ثابت ستيفان-بولتزمان؛ = 5.67 واط/(م2 K4) – انبعاثية الجسم الأسود؛ T - درجة حرارة سطح الجسم الأسود تمامًا، K.

على الاطلاق لا توجد أجسام سوداء في الطبيعة. يسمى الجسم الذي يشبه طيف إشعاعه طيف إشعاع جسم أسود وكثافة التدفق الإشعاعي الطيفي (E ) هي نفس الكسر   من كثافة التدفق الإشعاعي الطيفي لجسم أسود (E 0,lect) رمادي جسم:

, (2)

حيث   هي الدرجة الطيفية للابتعاثية.

بعد دمج التعبير (2) على كامل طيف الإشعاع (
) نحن نحصل:

, (3)

حيث E هي انبعاثية الجسم الرمادي؛ E0 – انبعاثية الجسم الأسود؛ – الدرجة المتكاملة لسواد الجسم الرمادي.

من الصيغة الأخيرة (3)، مع الأخذ في الاعتبار قانون ستيفان-بولتزمان، يتبع التعبير لحساب كثافة تدفق الإشعاع الداخلي (الانبعاثية) لجسم رمادي:

أين
- انبعاثية الجسم الرمادي، W/(m 2 K 4)؛ T - درجة حرارة الجسم، K.

تعتمد قيمة الدرجة المتكاملة للانبعاثية على الخصائص الفيزيائيةالجسم ودرجة حرارته وخشونة سطح الجسم. يتم تحديد درجة متكاملة من الابتعاثية تجريبيا.

في العمل المختبريتم العثور على الابتعاثية المتكاملة للتنغستن من خلال دراسة التبادل الحراري الإشعاعي بين خيوط التنغستن الساخنة (الجسم 1) والجدران قارورة زجاجية(الجسم 2) مملوء بالماء (الشكل 1).

أرز. 1. مخطط انتقال الحرارة الإشعاعية في التجربة:

1 – خيط ساخن 2 – السطح الداخلي للحاوية الزجاجية. 3 – الماء

يمكن حساب التدفق الحراري الناتج الذي تستقبله الأسطوانة الزجاجية باستخدام الصيغة:

, (6)

حيث  pr – انخفاض درجة الانبعاث في نظام من جسمين؛ 1 و 2 – درجات متكاملة من الانبعاثية للهيئتين الأولى والثانية؛ T 1 و T 2 و F 1 و F 2 - درجات الحرارة المطلقة ومساحات أسطح التبادل الحراري للهيئتين الأول والثاني؛  12 و  21 - معاملات الإشعاع الزاوي، والتي توضح جزء طاقة الإشعاع النصف كروي الذي يسقط من واحد جسد إلى آخر.

وباستخدام خصائص معاملات الميل، من السهل إظهار ذلك
، أ
. باستبدال قيم المعاملات الزاوية في الصيغة (6) نحصل عليها

. (7)

وبما أن مساحة سطح فتيل التنغستن (الجسم 1) أقل بكثير من مساحة القشرة المحيطة به (الجسم 2)، فإن المعامل الزاوي  21 يميل إلى الصفر:

ف 1 + ف 2
 21 =F 1 /F 2 0 أو
. (8)

مع الأخذ في الاعتبار الاستنتاج الأخير من الصيغة (7)، يترتب على ذلك انخفاض درجة انبعاث نظام الجسمين الموضح في الشكل. 1، يتم تحديده فقط من خلال خصائص الإشعاع لسطح الخيط:

 العلاقات العامة  1 أو
. (9)

في هذه الحالة، تأخذ صيغة حساب التدفق الحراري الناتج الذي تدركه أسطوانة زجاجية بالماء الشكل:

والذي يتبع منه تعبير لتحديد الدرجة المتكاملة للانبعاثية لخيوط التنغستن:

, (11)

أين
- المساحة السطحية لخيوط التنغستن: dand - قطر وطول الخيط.

يتم حساب انبعاثية خيوط التنغستن باستخدام الصيغة الواضحة:

. (12)

انتقال الحرارة الإشعاعية بين الأجسام في وسط شفاف (انخفاض درجة انبعاثية النظام، حساب انتقال الحرارة، طرق تقليل أو زيادة شدة انتقال الحرارة).

شاشات

في مناطق مختلفةفي التكنولوجيا، هناك في كثير من الأحيان حالات عندما يكون من الضروري تقليل نقل الحرارة عن طريق الإشعاع. على سبيل المثال، من الضروري حماية العمال من تأثيرات الأشعة الحرارية في الورش التي توجد بها أسطح ذات درجات حرارة عالية. وفي حالات أخرى، من الضروري حماية الأجزاء الخشبية للمباني من الطاقة الإشعاعية لمنع الاشتعال؛ يجب حماية موازين الحرارة من الطاقة الإشعاعية، وإلا فإنها ستعطي قراءات غير صحيحة. ولذلك، كلما كان من الضروري تقليل انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع، لجأوا إلى تركيب الحواجز. عادةً ما تكون الشاشة عبارة عن صفائح معدنية رفيعة ذات انعكاسية عالية. يمكن اعتبار درجات حرارة كلا سطحي الشاشة هي نفسها.

دعونا نفكر في عمل حاجز بين سطحين مسطحين ومتوازيين لا حدود لهما، وسنهمل انتقال الحرارة بالحمل الحراري. نحن نعتبر أسطح الجدران والشاشة متطابقة. يتم الحفاظ على درجات حرارة الجدار T 1 و T 2 ثابتة، مع T 1 > T 2 . نفترض أن معاملات الانبعاث للجدران والشاشة متساوية. ومن ثم تكون معاملات الانبعاث المخفضة بين الأسطح بدون شاشة، بين السطح الأول والشاشة، والشاشة والسطح الثاني متساوية.

يتم تحديد التدفق الحراري المنقول من السطح الأول إلى السطح الثاني (بدون شاشة) من المعادلة

تم العثور على تدفق الحرارة المنقول من السطح الأول إلى الشاشة بواسطة الصيغة

ومن الشاشة إلى السطح الثاني حسب المعادلة

بثبات الحالة الحراريةف 1 = س 2، وبالتالي

أين

باستبدال درجة حرارة الشاشة الناتجة في أي من المعادلات، نحصل على ذلك

وبمقارنة المعادلتين الأولى والأخيرة نجد أن تركيب شاشة واحدة بها الشروط المقبولةيقلل من انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع بمقدار النصف:

(29-19)

يمكن إثبات أن تركيب شاشتين يقلل من انتقال الحرارة بمقدار ثلاث مرات، وتركيب ثلاث شاشات يقلل من انتقال الحرارة بمقدار أربع مرات، وما إلى ذلك. ويتم الحصول على تأثير كبير لتقليل انتقال الحرارة بالإشعاع عند استخدام شاشة مصنوعة من المعدن المصقول، إذن

(29-20)

حيث C "pr هو انخفاض الانبعاثية بين السطح والشاشة؛

Cpr هو انخفاض الانبعاثية بين الأسطح.

إشعاع الغازات

يختلف إشعاع الأجسام الغازية بشكل حاد عن إشعاع الأجسام الصلبة. الغازات أحادية الذرة وثنائية الذرة لها انبعاثية وقدرة امتصاص ضئيلة. وتعتبر هذه الغازات شفافة للأشعة الحرارية. تتمتع الغازات ثلاثية الذرات (CO 2 وH 2 O، وما إلى ذلك) والغازات متعددة الذرات بالفعل بقدر كبير من الانبعاثية، وبالتالي قدرة على الامتصاص. في درجة حرارة عاليةإشعاع الغازات الترياتومية المتكونة أثناء احتراق الوقود أهمية عظيمةلتشغيل أجهزة التبادل الحراري. إن أطياف انبعاث الغازات الثلاثية الذرات، على عكس انبعاث الأجسام الرمادية، لها طابع انتقائي واضح. تمتص هذه الغازات وتنبعث منها طاقة مشعة فقط في نطاقات معينة من الأطوال الموجية الموجودة فيها أجزاء مختلفةالطيف (الشكل 29-6). هذه الغازات شفافة للأشعة ذات الأطوال الموجية الأخرى. عندما يجتمع الشعاع

توجد في طريقه طبقة من الغاز قادرة على امتصاص شعاع بطول موجي معين، ثم يتم امتصاص هذا الشعاع جزئيًا، ويمر جزئيًا خلال سمك الغاز ويخرج على الجانب الآخر من الطبقة بكثافة أقل من عند المدخل. يمكن لطبقة سميكة جدًا أن تمتص الشعاع بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد امتصاصية الغاز على ضغطه الجزئي أو عدد جزيئاته ودرجة حرارته. يحدث انبعاث وامتصاص الطاقة الإشعاعية في الغازات في جميع أنحاء الحجم.

ويمكن تحديد معامل امتصاص الغاز بالعلاقة التالية:

أو المعادلة العامة

يعتمد سمك طبقة الغاز على شكل الجسم ويتم تحديده على أنه متوسط ​​طول الحزمة وفقًا للجدول التجريبي.

عادة ما يكون ضغط منتجات الاحتراق مساوياً لـ 1 بار، وبالتالي يتم تحديد الضغوط الجزئية للغازات الثلاثية في الخليط بواسطة المعادلات p co2، = r co2، و P H 2 O = r H 2 O، حيث r هو الحجم جزء من الغاز.

يتم حساب متوسط ​​درجة حرارة الجدار باستخدام المعادلة

(29-21).

حيث T" st - درجة حرارة جدار القناة عند مدخل الغاز؛ T"" c t - درجة حرارة جدار القناة عند مخرج الغاز.

يتم تحديد متوسط ​​درجة حرارة الغاز بواسطة الصيغة

(29-22)

حيث T" g هي درجة حرارة الغاز عند مدخل القناة؛

T"" p - درجة حرارة الغاز عند الخروج من القناة؛

تؤخذ علامة الزائد في حالة التبريد، وعلامة الناقص في حالة تسخين الغاز في القناة.

يعد حساب انتقال الحرارة بالإشعاع بين الغاز وجدران القنوات أمرًا معقدًا للغاية ويتم إجراؤه باستخدام عدد من الرسوم البيانية والجداول. تم تطوير طريقة حسابية أبسط وموثوقة تمامًا بواسطة شاك، الذي يقترح المعادلات التالية التي تحدد إشعاع الغازات في وسط بدرجة حرارة O°K:

(29-23)

(29-24) حيث p هو الضغط الجزئي للغاز، بار؛ ق - متوسط ​​سمك طبقة الغاز، م، تي - معدل الحرارةالغازات والجدران، °K. يوضح تحليل المعادلات المذكورة أعلاه أن انبعاثية الغازات لا تخضع لقانون ستيفان-بولتزمان. يتناسب انبعاث بخار الماء مع T3، ويتناسب انبعاث ثاني أكسيد الكربون مع T3"5.