Перенос тепловой энергии излучением

Перенос тепла излучением и оптическая термометрия тесно связаны, поскольку в обоих случаях необходимо иметь соотношение между термодинамической температурой и количеством и качеством тепловой энергии, излученной поверхностью. В конце 19 в. на основе только классической термодинамики и электромагнитной теории были получены два важных результата. Первый — закон Стефана (1879 г.), согласно которому плотность энергии внутри полости пропорциональна четвертой степени температуры стенок полости. Второй —закон смещения Вина (1893 г.), который устанавливал, что, когда температура черного тела увеличивается, длина волны максимума излучения Хт уменьшается, так что произведение ХтТ сохраняется постоянным. Доказательство закона Стефана основано на трактовке теплового излучения как рабочей жидкости в тепловой машине, имеющей в качестве поршня подвижное зеркало, и использовании электромагнитной теории Максвелла, чтобы показать, что действующее на поверхность давление изотропного излучения пропорционально плотности энергии. Закон Вина вытекает из рассмотрения эффекта Доплера, возникающего при движении зеркала. В обоих законах появляется постоянный коэффициент пропорциональности, относительно которого классическая термодинамика не могла дать информации. [c.312]

Пусть тело I имеет более высокую температуру, тогда теплообмен излучением между телами / и 2 приведет к переносу тепловой энергии от тела 1 к телу 2. Результирующая плотность полусферического излучения в рассматриваемом случае может быть найдена изложенным выше методом. Однако в отличие от предыдущей задачи необходимо учесть, что не весь лучистый поток с тела 1 попадает на тело 2 (см. рис. 16.4). [c.412]

Электромагнитные колебания, способные переносить тепловую энергию, обычно называют тепловыми, а процесс их распространения — тепловым излучением или лучеиспусканием. Всякое тело, имеющее температуру, всегда излучает энергию. При попадании на другие тела эта энергия частью поглощается и снова превращается в тепловую, частью отражается, частью проходит сквозь тела. Отраженная и прошедшая сквозь тело энергия в конце концов поглощается другими (окружающими) телами. Следовательно, каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает энергию. [c.119]

Лучистым теплообменом или излучением называют процесс переноса тепловой энергии при превращении ее в лучистую энергию и распространении в таком виде в пространстве. Излучение частично поглощается телами, на которые оно падает, частично отражается от их поверхности и частично проходит через тело. [c.5]

Рассмотрим уравнение теплового баланса для твердой частицы. С учетом переноса энергии излучением оно имеет вид [уравнение (2.128)1 [c.170]

В работах [102, 403] получены уравнения переноса энергии вдоль пучка лучей, в которых многократное рассеяние выражено через однократное. Авторы работы [851] рассчитали теплообмен излучением в одномерном слое. В работе [8101 приведен расчет теплового потока излучения для полубесконечного цилиндрического газового столба без учета рассеяния. Лав и Грош [504] принимали рассеивающую среду состоящей из сферических частиц одинакового диаметра, имеющих комплексный показатель преломления. Поскольку этот метод можно непосредственно применить к задаче о множестве сферических частиц, рассмотрим его несколько подробнее. Запишем уравнение переноса энергии вдоль пучка лучей в следующем виде [c.238]

Природа всех видов излучения, таких как тепловое, видимый свет, радио и другие, одинакова. Различаются они только длиной волны. Перенос энергии излучением происходит как в среде, так и в вакууме. [c.273]

По описанной схеме рассчитывают и процессы переноса энергии излучением совместно с теплопроводностью и конвекцией. В этом случае при проведении итераций после решения уравнения переноса определяют радиационные тепловые потоки для элементарных ячеек разбиения пространственной области и далее, рассматривая их как заданные объемные источники и стоки энергии, решают уравнение сохранения энергии относительно температурного поля рассмотренными в главах 3—5 численными методами. [c.203]

Тепловым излучением называется явление переноса тепла в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением— тепловой энергии в лучистую и, обратно, лучистой в тепловую. [c.5]

Вывод уравнения механики. Классификация граничных условий к уравнению. В отличие от задач переноса излучения и тепловой энергии векторная природа уравнений механики усложняет преобразования, которые приходится выполнять при разработке излагаемой ниже теории. Чтобы не загромождать текст изложения, мы будем часто ограничиваться только постановкой задач и конечными формулами. Более подробные выкладки и доказательства читатель сможет найти в [46]. [c.116]

Тепловое излучение — перенос теплоты посредством электромагнитных волн, сопровождающийся двойным взаимным превращением —тепловой энергии в энергию излучения и наоборот. [c.166]

При расчете течения и тепловых потоков в канале МГД-генератора радиационным переносом тепла обычно пренебрегают. При этом опираются на то, что радиационный поток на стенки канала, оцененный стандартным методом, оказывается малым по сравнению с конвективным (менее 10 % для канала установки У-25), Переход к каналам генераторов большой мощности связан с заметным увеличением линейных размеров и давления, что в свою очередь приводит к значительному росту радиационных потоков. Кроме того, имеются косвенные экспериментальные данные, свидетельствующие том, что наличие присадки калия в продуктах сгорания, несмотря на ее малую концентрацию 1 %), также заметно увеличивает потоки излучения. Существенно, что энергия излучения переносится в широком спектральном диапазоне, который включает в себя как инфракрасную область спектра, так и видимую, в которой сосредоточено излучение атомов калия. Уже это обстоятельство показывает, что при расчете теплообмена в МГД-канале нельзя пользоваться стандартной методикой, основанной на приближении серого газа или интегральной степени черноты. К тому же для температур, характерных для МГД-каналов (2300-3000 К), данные о степени черноты продуктов сгорания не имеют прямого экспериментального подтверждения. [c.221]

При расчетах переноса энергии излучения в топочной камере, особенно при расчетах зонального теплообмена, необходимо знать также поглощательную способность газов по отношению к их собственному тепловому излучению. Эта величина существенно отличается от рассмотренной выше поглощательной способности газа по отношению к излучению абсолютно черного тела. [c.40]

В показанных на рис. 1.146 и 1.148 установках двигатель Стирлинга расположен в фокусе коллектора приемника солнечного излучения. Можно доказать, однако, что выгоднее выдвинуть двигатель из фокуса и разместить там жидкометаллический контур для аккумулирования и переноса тепла к двигателю. При этом отпадает необходимость в специальной системе подвески II перемещения двигателя в соответствии с движением солнца, но приходится вводить промежуточную теплопередающую жидкость. Кроме того, неясно, можно ли использовать в данном случае аккумулятор тепловой энергии. [c.398]

Процессы теплового переноса излучением в неподвижных средах описываются уравнениями переноса лучистой энергии и вытекающими из них интегральными уравнениями излучения типа Фредгольма (первого и второго рода). В условиях движущихся сред, по-видимому, процессы переноса излучения могут быть описаны нелинейными интегральными уравнениями типа Фред- [c.132]

Энергия теплового излучения переносится электромагнитными волнами, длина которых (в микронах) лежит примерно в диапазоне 0,3 ж/с X 50 мк. Носители энергии излучения наряду с волновыми обладают и корпускулярными свойствами. Излучение можно рассматривать как поток неких частиц, которые называют фотона-м и, или световыми квантами. Под термином излучение ( радиация ) понимается совокупность электромагнитных волн или фотонов. [c.318]

В зависимости от способа получения информации различают также контактные и бесконтактные способы. В процессе технической диагностики чаще всего применяют бесконтактные способы, обладающие высокой оперативностью и минимальной трудоемкостью. Информация, получаемая бесконтактными тепловыми методами контроля, переносится оптическими электромагнитными излучениями в инфракрасной области. Интенсивность и частота инфракрасного излучения определяется энергией колебательного и вращательного движения молекул и атомов объекта и зависит от его температуры. Основным способом генерирования инфракрасного излучения является нагрев объекта, поэтому это излучение чаще называют тепловым. [c.136]

Существует целый ряд процессов, посредством которых тепловая энергия переносится из одного места в другое, но для ядерных реакторов существенны пять из них теплопроводность излучение, конвекция, кипение и конденсация. Ниже будет дан краткий обзор принципов, относящихся к каждому из этих процессов. [c.287]

Универсальный характер спектральной плотности равновесного излучения, как впервые показал Кирхгоф в 1860 г., непосредственно вытекает из второго начала термодинамики. В самом деле, предположим противное, т. е. что Уш(Т ) каким-то образом зависит от природы тела, с которым излучение находится в равновесии, например зависит от особенностей его спектра поглощения и испускания. Возьмем две полости, в которых излучение находится в равновесии с разными телами, имеющими одинаковую температуру. Соединим полости небольшим отверстием так, чтобы они могли обмениваться излучением. Если плотности энергии излучения в них различны, то возникнет направленный перенос лучистой энергии, который приведет к самопроизвольному нарушению теплового равновесия между телами (т. е. к установлению некоторой разности температур). Это противоречит второму началу термодинамики. [c.420]

Кондуктивное охлаждение. При кондуктивном охлаждении элементов, узлов и блоков аппаратуры тепловая энергия переносится от источников тепла к теплоприемникам теплопроводностью и излучением. Кондукция как механизм теплообмена играет определенную роль во всех рассмотренных выше системах охлаждения. Например, при воздушном охлаждении аппаратуры тепловые потоки от радиодеталей достигают шасси или плат аппаратуры в значительной степени благодаря кондукции. Кондуктивный механизм теплообмена определяет перепады температур между источниками тепла и поверхностями охлаждения в жидкостных и испарительных системах охлаждения косвенного действия.Однако в этих случаях кондукция не определяет названия систем охлаждения, так как в них действуют более интенсивные механизмы теплообмена. В кондуктивных системах охлаждения явление кондукции используется как основной механизм переноса тепла от источников к теплоприемникам. [c.22]

При очень высоких температурах в телах, непрозрачных для собственного теплового излучения (например, внутри звезд), перенос энергии излучением может превышать перенос теплопроводностью. Полезным приближением в такой ситуации является выражение для потока энергии, аналогичное (5-5-6) [c.396]

При высоких температурах в газах существенную роль играют процессы переноса энергии в форме излучения. Излучение (радиация) — это атомно-молекулярный процесс, в результате которого часть внутренней энергии вещества превращается в лучистую энергию, распространяющуюся через электромагнитное поле. Взаимодействуя с атомами и молекулами при прохождении газовой среды, лучистая энергия вновь трансформируется в энергию теплового движения структурных частиц среды (поглощается). В результате поглощения и излучения происходит перенос лучистой энергии и тепла сквозь газовую среду. [c.642]

Распределение температуры по сечению детали при активном нагреве с помощью тока или в результате теплопроводности различное (рис. 76). Нагрев с помощью активного тока характеризуется малым перепадом температуры в пределах нагретого слоя и крутым спадом во внутреннем слое, еще не потерявшем магнитных свойств (кривая /). При нагреве вследствие теплопроводности перепад температуры большой (перегрев поверхностных слоев детали, кривая 2). Повышение температуры поверхности детали при нагреве вследствие теплопроводности необходимо для ускорения процесса теплопередачи, так как распространение тепла в результате теплопроводности совершается медленно. Чтобы при нагреве вследствие теплопроводности получить заданную глубину закаленного слоя, приходится производить нагрев длительное время, что приводит к переносу значительного количества тепла в сердцевину детали (большие тепловые потери), в связи с чем расход энергии увеличивается. Поэтому если необходимо нагреть поверхность детали на определенную глубину, то нужно применять нагрев заданного слоя с помощью активного тока. Это достигается правильным выбором определенных значений скорости нагрева и частоты тока. Сквозной нагрев детали обеспечивается большим диапазоном параметров нагрева, но и в этом случае необходимо осуществлять быстрый нагрев, чтобы уменьшить тепловые потери излучением с поверхности детали и увеличить производительность нагревательных устройств. [c.88]

Часто теплообмен излучением сочетается с каким-либо другим видом теплообмена, а В ряде случаев можно встретиться с одиовременным действием всех трех видов теплообмена. В последнем случае при рассмотрении вопросов переноса тепловой энергии может даваться оценка их суммарного действия. [c.38]

Широкое применение в герметизированных электрических установках получили электроотрицательные газы и прежде всего элегаз. Электрическая прочность элегаза при давлении 0,3—0,4 МПа такая же, как у азота при давлении 1,0—1,5 МПа. Несмотря на невысокие значения удельной теплоемкости и теплопроводности (табл. 2-1), элегаз обладает высокими теплопередающими свойствами. Это объясняется, во-первых, тем, что в газах перенос тепловой энергии осуществляется в результате теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Поэтому эквивалентный коэффициент теплопроводности А,э будет значительно больше коэффициента X,, учитывающего только теплопроводность газа. Эквивалентный коэффициент теплопроводности газа зависит от его состояния — температуры, давления, толщины газового промежутка. ВоЧвторых, как известно, количество отводимой теплоты пропорционально произведению удельной теплоемкости газа на его плотность. [c.91]

Однако закон Бугера Бера, определяющий перенос лучистой энергии, приложим лишь к таким поглоп ающим средам, в которых переизлучение незначительно, а распределение температуры но объему газа равномерно. Тогда очевидна неправомерность использования такого метода применительно к потокам газовзвеси (кроме слабо запыле шых), к флюидным потокам, а также к падающему, псевдоожиженному и плотному слою, где невозможно игнорировать переизлучение, рассеивание и неравномерность поля температур частиц. Можно полагать, что использование методики, основанной на выражениях (8-24), (8-26), приводит в подобных случаях к завышению ал, так как, помимо игнорирования нереизлучения и рассеивания энергии, молчаливо предполагается, что все частицы одинаково (или примерно так же, ка в котельных газах, характерных весьма незначительной запыленностью) видят стенки канала, обладая одинаковой по сечению трубы температурой. Характерно, что доказательство неправильности таких позиций содержится в самой работе [Л. 230]. Здесь при проверке показаний термопар выявлено, что для незапыленного воздуха различие, вызванное излучением стенок в показаниях термопар диаметром 0,1 0,3 и 0,5 мм, составляло 100— 150° С, а в потоке газовзвеси — всего лишь +5° С. Таким образом, имела место практически полная тепловая экранировка спая термопар частицами. [c.268]

В тесной связи с этим находится и упоминавшаяся выше проблема вычисления переноса излученного тепла между близко расположенными высокоотражающими поверхностями при очень низких температурах. При этих условиях длины волн, посредством которых передается основная часть тепловой энергии, становятся сравнимыми с расстояниями между поверхностями. Экспериментально было найдено [34], что если средняя длина волны превышает половину расстояния между отдельными поверхностями, го наблюдаемый перенос тепла превышает перенос, вычисленный по закону Стефана — Больцмана. Величина этого аномального переноса была точно предсказана в недавней теоретической работе [17]. Расчет основан на предположении, что поле низкотемпературного излучения вблизи металлической поверхности обусловлено тепловыми колебаниями электронов в двумерном слое у поверхности металла. Эти колебания вызывают как бегущие, так и квазистационарные волны. Первые формируют классическое поле излучения, наблюдаемое на больших расстояниях от поверхности, тогда как вторые ограничены областью вблизи поверхности. При сближении двух таких поверхностей квазистационарные волны становятся преобладающим [c.317]

Уравнение переноса излучения (3.40) связано с системой (3.38) тем, что интенсивность собственного излучения матрицыГ(Z)] зависит от ее температуры. В настоящее время разработаны различные приближенные методы решения уравнения переноса излучения (3.40). С их использованием получены численные решения совместной задачи (3.38)- (3.40) переноса энергии излучением, конвекцией и теплопроврдностью в проницаемом покрытии. Полученные результаты позволяют оценить диапазон изменения оптических характеристик матрицы, обеспечивающих ее наибольшую эффективность в том или ином конкретном случае. Так, например, выяснено, что наилучший режим работы пористого слоя как коллектора солнечной энергии достигается в том случае, когда матрица выполнена из материала, прозрачного и нерассеивающего в солнечном спектре, но непрозрачного и рассеивающего в инфракрасном диапазоне. Для теплового экрана с транспирационным охлаждением желательно обратное. [c.61]

В случае оптически тонкой и толстой сред уравгения переноса энергии излучения удается существенно ] простить. В частности, оптически тонкую среду можно считать прозрачной, т. е. в этом случае фотоны перемещаются в газе без поглощения и испускания, так как они не исгыты-вают столкновений. Поэтому в уравнении баланса энергии (5.1.18) величину следует считать равной нулю. Выражение для лучистого теплового потока на непрозрачней серой поверхности твердого тела имеет вид [c.206]

Тепловое излучение — процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела при этом внутренняя энергия тела (среды) ттереходит в энергию излучения. Процесс превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения веществом называется теплообменом излучением. В природе и технике элементарные процессы распространения теплоты — теплопроводность, конвекция и тепловое излучение — очень часто происходят совместно. - [c.5]

Большинство твердых и жидких тел имеет сплошной (непрерывный) спектр излучения, т. е. излучают энергию всех длин волн от О до оо. К твердым телам, имеющим непрерывный спектр излучения, относятся непроводники и полупроводники электричества, металлы С окисленной шероховатой поверхностью. Металлы с полированной поверхностью, газы и пары характеризуются селективным (прерывистым) спектром излучения. Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности, а для газов — еще от толщины слоя и давления. Твердые и жидкие тела имеют значительные поглощательную и излучательную способности. Вследствие этсго в процессах лучистого теплообмена участвуют лишь тонкие поверхностные слои для непроводников тепла они составляют около 1 мм для проводников тепла — 1 мкм. Поэтому в этих случаях тепловое излучение приближенно мо) но рассматривать как поверхностное явление. Полупрозрачные тела (плавленый кварц, стекло, оптическая керамика и др., газы и пары) характеризуются объемным характером излучения, в котором участвуют все частицы объема вещества. Излучение всех тел зависит от температуры. С увеличением температуры тела его энергия излучения увеличивается, так как увеличивается внутренняя энергия тела. При этом изменяется не только абсолютная величина этой энергии, но и спектральный состав. При увеличении температуры повышается интенсивность коротковолнового излучения и уменьшается интенсивность длинноволнового излучения. В процессах излучения зависимость от температуры значительно большая, чем в процессах теплопроводности и конвекции. Вследствие этого при высоких температурах основным видом переноса может быть тепловое излучение. [c.362]

По закону Планка плотность потока излучения при заданной температуре имеет максимальное значение для определенной длины волны. Если в выражении закона Планка вторая константа j ЛТ, то он сводится к простому соотношению между температурой и длиной волны, соответствующей максимальной плотности радиационного теплового потока — закону Вина Ята1 =сопз1. Следовательно, с повышением температуры тела большую часть тепловой энергии переносит тепловое излучение, а меньшую —световое излучение. [c.231]

Если распространение тепловой энергии осуществляется одновременно несколькими способами, то говорят о сложном теплообмене. Так, перенос теплоты теплопроводностью и конвекцией называют конвективным теплообменом, теплопроводностью и излучением — радиацнонио-коидуктивным, теплопроводностью, конвекцией и излучением — радиационно-конвективным теплообменном. В практике нагрева при пайке встречается как простой, так и сложный теплообмен. [c.231]

Но первому из этих вопросов им опубликовано около 20 научных трудов. Изучением лучистой энергии он занимался в связи с вопросами атмосферной оптики и переноса теплового излучения в атмосфере. Е.С. Кузнецов впервые в области метеорологии связал эти вопросы с кинетическим уравнением. Нм разработаны приближенные методы решения этого типа задач, позволившие получить численные результаты при весьма сложных дополнительных условиях. Разработанные им методы были применены к следуюгцим вопросам. [c.769]

Согласно второму закону термодинамики энтропия в изолированной системе, которая в изучаемом случае представляет собой люминесци-рующее тело+излучение, должна возрастать. Поэтому следует учесть энтропию излучения как такового ). Известно, что перенос тепла может происходить в виде лучистой энергии (излучением). Таким образом, излучение может быть рабочим телом в тепловой машине, и, как следствие, для света должно иметь смысл тепловое равновесие, свет должен иметь энергию, теплоемкость, энтропию и температуру. Представление о температуре излучения (и о функции распределения для спектра излучения нагретого тела) было одним из первых успехов квантовой физики. [c.29]

При "0 — 1 и ро = 1 = 35 ле, а температура в центре составляет величину около 1 500 000°. Таким образом, необходима чрезвычайно высокая концентрация энергии, чтобы существовала стадия тепловой волны. Подробное изложение затронутых здесь вопросов переноса энергии излучением содержится в молографии Я. Б. Зельдовича и Ю. П. Райзера [c.279]

Помимо механизма тепловыделения химической природы, о котором речь шла выше, существуют и другие механизмы теплоподвода к газу. При очень высокой температуре—порядка сотен миллионов и миллиардов градусов—в некоторых газах (находящихся при этих условиях в плазменном состоянии, т. е. представляющих собой смесь тяжелых частиц—ионов и легких частиц—свободных электронов) могут происходить ядерные реакции с превращением огромной энергии ядерных связей в конечном счете в тепловую энергию плазмы. При ЭТОМ механизмы распространения зоны тепловыделения, связанные с переносом тяжелых частиц (ионная теплопроводность и диффузия), перестают быть главными, основными же становятся электронная теплопроводность, излучение и диффузия высокоэнергетических нейтронов. Эти механизмы могут в некоторых случаях обеспечивать распространение зон тепловыделения (так называемого ядерного горения) с громадной скоростью (в дейтерий-тритиевой смеси с плотностью порядка 0,22 г/см скорость составляет 10 —10 км/с), превосходящей скорость звука, определяемую тепловым движением тяжелых частиц—ионов, не только в холодной смеси, нов некоторых случаях и в продуктах реакции. [c.109]

Тепловое излучение—щотсс. переноса тепла в виде электромагнитных волн. На поверхности тела его внутренняя энергия превращается в энергию электромагнитных волн различной длины, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Распространяющиеся в в пространстве электромагнитные волны могут погло-[цаться другими телами, превращаясь при этом во внутреннюю энергию этих тел. Теплообмен излучением — это процесс превращения внутренней энергии тел в энергию, излучения, переноса излучения и его поглощения телом. [c.146]

ТРОПОСФЕРА — ближайший к земной поверхности слой атмосферы, простирающийся в полярных и умеренных широтах до высоты 8—11 км, а в тропиках — до 15—18 км. В Т. сосредоточено около 1/5 массы атмосферы и почти весь водяной пар, конденсация к-рого вызывает образование облаков и связанных с ними осадков. В Т., особенно в пограничном слое, сильно развита турбулентность, резко увеличивающая вязкость воздуха и вызывающая его вертикальное и горизонтальное перемешивание. Т. к. воз-71,ух слабо поглощает солнечную радиацию, основным источником тепловой энергии для Т. служит поверхность Земли. От нее тепло передается вверх инфракрасным излучением, к-рое поглощается содержащимися в воздухе водяным паром и углекислым газом. Кроме того, происходит вертикальный турбулентный перенос тенла. Па локальные характеристики темп-рного поля влияет тепло фазовых переходов воды и адиабатич. нагревание и охлаждение при вертикальных перемещениях воздуха. В среднем в Т. темп-ра падает с высотой на 6,5 град/км. Темп-ра на каждом из уровней испытывает, кроме периодических (суточных и годовых), также и непериодич. колебания, вызываемые перемещением воздушных масс из одних районов в другие. Относит, изменчивость вертикальных градиентов темп-ры менее значительна, но и они меняются в широких пределах. Особенно велики периодические и непериодич. колебания значений темп-ры, влажности, давления, ветра и их градиентов в пограничном слое. Давление воздуха на уровне моря в среднем близко к 1013. мб, но горизонтальное его распределение из-за неодинаковости степени нагревания поверхности Земли в разных районах и др. причин весьма сложно и быстро меняется со временем, что связано с возникновением и эволюцией циклопов, антициклонов и их перемещением. Горизонт, градиенты давления приводят к образованию ветров, на направление и скорость к-рых влияют также силы вязкости (в пограничном слое) и силы инерции. В движениях большого масштаба особенно велика роль Кориолиса силы. Основной перенос воздуха в Т. идет с запада на восток, скорость его растет с высотой на 1—4 м/сек на км. Наиболее сильны ветры в струйных течениях. О влиянии Т. на распространение радиоволн см. Распространение радиоволн. [c.204]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...