1.2.2.5. Основные законы, раскрывающие теплопередачу радиацией

Основными законами, раскрывающими теплопередачу радиацией, являются:

1. Закон Кирхгофа устанавливает, что отношение излучательной способности Е к поглощательной а для всех серых тел одинаково и равно излучательной способности абсолютно черного тела Е0 при той же температуре и зависит только от температуры.

 2. Закон Планка — устанавливает для абсолютно черного тела изменение интенсивности или плотности теплового излучения по длинам волн и выражается следующим уравнением:

где Е1т — интенсивность или плотность монохроматического излучения абсолютно черного тела для длины волны X и температуры Г, Вт/(м2-мкм); X — длина волны излучения, мкм; Т — абсолютная температура тела, К; с1 — постоянная, равная 3,745-10"16 Вт, м2; с2 — постоянная, равная 1,44-10~2м; е — основание натуральных логарифмов.

3. Закон Вика (закон смещения) устанавливает, что произведение длины волны максимального излучения Ямакс на абсолютную температуру Т — величина постоянная и выражается уравнением: КмаксТ = 2884 мкм.

4. Закон Стефана — Больцмана (закон четвертых степеней) устанавливает, что энергия полного теплового излучения Е пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры Г. Для технических расчетов уравнение имеет следующий вид:

где с — коэффициент лучеиспускания тела, Вт/(м2-К4).

5. Закон Ломберта (закон косинусов) устанавливает, что количество энергии dQy, излучаемое элементом поверхности dF\ в направлении dF2, пропорционально количеству энергии, излучаемой по нормали Еп, умноженному на величину пространственного угла dQ и cos ср, т. е.

6. Закон Келлера (закон квадратов расстояний) устанавливает, что облучательная способность точечного источника излучения обратно пропорциональна квадрату расстояний между источником и облучаемым телом.

В общем виде количество энергии dQ, падающей на облучаемую площадку dF от точечного источника, будет равно:

где W — количество энергии, излучаемой источником равномерно во все стороны, Вт; г — расстояние от источника до площадки dF, м; <() — угол между направлением г и нормалью к облучаемой площадке, град.

При увеличении размеров источника излучения закон Келлера теряет свою силу.

Общая формула теплообмена излучением между двумя непрозрачными телами, написанная на основании закона Стефана — Больцмана, имеет вид:

где Q — количество тепла, переданное излучением от первого тела ко второму, кДж; гп — приведенная степень черноты системы, учитывающая степень черноты обоих тел и их взаимное расположение; <с0 — коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м2-К4); фобл — средний угловой коэффициент или коэффициент облученности, учитывающий форму, размеры и взаимное расположение поверхностей; Т1 и Т2 — абсолютные температуры первого и второго тела, К; F — условная расчетная поверхность теплообмена, м2; т — время теплообмена, ч.