ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН

ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН, радиационный теплообмен, осуществляется в результате процессов превращения внутр. энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения и её поглощения веществом. Протекание процессов Л. т. определяется взаимным расположением в пространстве тел, обменивающихся теплом, свойствами среды, разделяющей эти тела. Существ, отличие Л. т. от др. видов теплообмена (теплопроводности, конвективного теплообмена) заключается в том, что он может протекать и при отсутствии материальной среды, разделяющей поверхности теплообмена, т. к. осуществляется в результате распространения электромагнитного излучения.

Лучистая энергия, падающая в процессе Л. т. на поверхность непрозрачного тела и характеризующаяся значением потока падающего излучения Q_пад, частично поглощается телом, а частично отражается от его поверхности (см. рис.).

Схематичное изображение потоков излучения при лучистом теплообмене.

Поток поглащенного излучения определяется соотношением:

О_погл=AQ_пад где А-поглощательная способность тела. В связи с тем, что для непрозрачного тела Q_пад = Q_погл+Q_отр, где О_ОТР - поток отражённого от поверхности тела излучения, эта последняя величина равна: О_отр = (1-А)Q_пад, где 1 - А = R - отражат. способность тела. Если поглощат. способность тела равна 1, а следовательно, его отражат. способность равна 0, т. е. тело поглощает всю падающую на него энергию, то оно наз. абсолютно чёрным телом.

Любое тело, темп-pa к-рого отлична от абс. нуля, испускает энергию, обусловленную нагревом тела. Это излучение наз. собственным излучением тела и характеризуется потоком собственного излучения О ".б. Собственное излучение, отнесённое к единице поверхности тела, наз. плотностью потока собственного излучения, или лучеиспускат. способностью тела. Последняя в соответствии со Стефана - Больцмана законом излучения пропорциональна темп-ре тела в четвёртой степени. Отношение лучеиспускат. способности к.-л. тела к лучеиспускат. способности абсолютно чёрного тела при той же темп-ре наз. степенью черноты. Для всех тел степень черноты меньше 1. Если для нек-рого тела она не зависит от длины волны излучения, то такое тело наз. серым. Характер распределения энергии излучения серого тела по длинам волн такой же, как у абсолютно чёрного тела, т. е. описывается Планка законом излучения. Степень черноты серого тела равна его поглощат. способности.

Поверхность любого тела, входящего в систему Л. т., испускает потоки отражённого излучения Q_отр и собственного излучения Q_соб, суммарное количество энергии, уходящей с поверхности тела, наз. потоком эффективного излучения Q_эфф и определяется соотношением: Q_эфф=Q_отр+Q_соб. Часть поглощённой телом энергии возвращается в систему в виде собственного излучения, поэтому результат Л. т. можно представить как разность между потоками собственного и поглощённого излучения. Величина Q_рез =Q_соб - Q_погл называется потоком результирующего излучения и показывает, какое количество энергии получает или теряет тело в единицу времени в результате Л. т. Поток результирующего излучения можно выразить также в виде Q_рез=Q_эфф-Q_пад, т. е. как разность между суммарным расходом и суммарным приходом лучистой энергии на поверхности тела. Отсюда, учитывая, что Q_пад=(Q_соб-Q_рез)/А, получим выражение, к-рое широко используется в расчётах Л. т.:

Задачей расчётов Л. т. является, как правило, нахождение результирующих потоков излучения на всех поверхностях, входящих в данную систему, если известны темп-ры и оптич. характеристики всех этих поверхностей. Для решения этой задачи, помимо последнего соотношения, необходимо выяснить связь между потоком Q_пад пад на данную поверхность и потоками Q _Эфф на всех поверхностях, входящих в систему Л. т. Для нахождения этой связи используется понятие среднего углового коэфф. излучения, к-рый показывает, какая доля полусферического (т. е. испускаемого по всем направлениям в пределах полусферы) излучения нек-рой поверхности, входящей в систему Л. т., падает на данную поверхность. Т. о., поток Q_пад на к.-л. поверхности, входящие в систему Л. т., определяется как сумма произведений Q_эфф всех поверхностей (включая и данную, если она вогнутая) на соответствующие угловые коэфф. излучения.

Л. т. играет значит, роль в процессах теплообмена, происходящих при темп-рах ок. 1000 ^оС и выше. Он широко распространён в различных областях техники: в металлургии, теплоэнергетике, ядерной энергетике, ракетной технике, хим. технологии, сушильной технике, гелиотехнике.

Лит.: Невский А. С., Теплообмен излучением в металлургических печах и топках котлов, Свердловск, 1958; Блох А. Г., Основы теплообмена излучением, М.- Л., 1962; Исаченко В. П., Осипов В. А., Сукомел А. С., Теплопередача, М., 1969. В. А. Арутюнов.