ТЕПЛООБМЕНСуммируя изложенное выше, тепловое излучение поверхностей в помещении в дальнейшем будем рассматривать как инфракрасное монохроматическое диффузное, подчиняющееся законам Стефана-Больцмана, Ламберта и Кирхгофа - излучение поверхностей серых тел. Воздух помещения при расчете лучистого теплообмена между поверхностями можно считать лучепрозрачной средой. Он состоит в основном из двухатомных газов (азот, кислород), которые совершенно прозрачны для тепловых лучей и сами не излучают тепловой энергии. Незначительное содержание многоатомных газов (водяной пар и углекислота) при малых толщинах слоя воздуха в помещении практически не изменяет этого свойства.
Каждая поверхность отдает тепло излучением и поглощает лучистое тепло, приходящее от окружающих поверхностей. Нагретые поверхности теряют больше тепла, чем поглощают. Более Холодные, наоборот, получают больше тепла, чем отдают. Между различно нагретыми поверхностями в результате происходит теплообмен излучением.
Рассмотрим вначале теплообмен излучением между двумя абсолютно черными поверхностями 1 и 2. В соответствии с законом Стефана-Больцмана, элементарная площадка dF1 на поверхности 1 излучает во все направления в пределах полусферы количество тепла, равное
Интенсивность излучения в направлении, нормальном К поверхности dF1, в π раз меньше dq1, т. е.
Интенсивность излучения под углом β1 к нормали (в направлении к элементарной Площадке dF2) равна
в пределах телесного угла dω1 излучение тепла равно
Телесный угол dω1, определяемый dF2, равен
где dF2cosβ2 -проекция площадки dF2 на сферу радиусом R с центром в dFl, когда угол между направлением излучения и нормалью к поверхности dF2 равен β2; R - расстояние между элементарными площадками dFl и dF2. Уравнение можно записать
Аналогичное уравнение может быть написано для потока тепла d2q2 передаваемого площадкой dF2 в сторону dFl. В результате лучистого теплообмена от площадки dF1 передается площадке dF2 количество тепла, равное
Удобно воспользоваться понятием коэффициента облученности φ, который является геометрической характеристикой. Коэффициент облученности с площадки dFl на dF2 равен отношению лучистого потока, падающего с dFl на dF2 ко всему потоку, излучаемому dFl, т. е.
Теплообмен излучением между двумя поверхностями 1 и 2, полные площади которых равны Fl на F2, можно получить двойным интегрированием уравнения по площадям Fl и F2.
Где коэффициент облученности φ1-2 с поверхности 1 на поверхность 2 равный
показывает долю лучистого потока, попадающую на поверхность 2, от всего потока, излучаемого поверхностью 1. Поверхности в помещений отличаются от абсолютно черных, что осложняет задачу, так как падающая на серую поверхность лучистая энергия частично отражается. Некоторая ее часть может многократно отражаться от взаимно облучаемых серых поверхностей, пока полностью ими не поглотится. Из теории лучистого теплообмена известно, что при теплообмене монохроматическим излучением двух серых поверхностей, для которых справедливы законы Ламберта и Кирхгофа, количество переданного тепла определяется по формуле
где εпр1-2 есть приведенный относительный коэффициент излучения при теплообмене между двумя серыми поверхностями. Для определения εпр1-2 можно рассмотреть три простейших случая: 1. Для двух параллельных поверхностей, расстояние между которыми мало по сравнению с их размерами
2. Поверхность со всех сторон окружена другой поверхностью. Это сфера в сфере, цилиндр в цилиндре или просто невогнутая поверхность, окруженная большей поверхностью такой же геометрии
3. Если поверхности малы или велико расстояние между ними, то часть отраженного излучения, возвращающаяся на излучающую поверхность, становится пренебрежимой. В этом случае
|
