Оглавление:
Теплообмен излучением в поглощающей среде
- В предыдущем разделе мы рассмотрели теплообмен за счет излучения между 2 пластинами, разделенными прозрачным в инженерной практике часто приходится сталкиваться с окружающей средой, которая не пропускает все излучение, в отличие от проницаемости. Происходит ослабление, поглощение, рассеяние среды. Ослабленной средой называют среду, в которой происходит процесс поглощения и рассеивания лучистой энергии.
Поглощающей средой называют ту, в которой происходит процесс поглощения и испускания лучистой энергии. Рассеивающей средой называют ту, в которой лучистая энергия перераспределяется в разных направлениях(в общих случаях и по частотам) и не сопровождается процессом преобразования энергии. Газ, содержащий взвешенные твердые или жидкие капли, или газ без механических примесей, а также некоторые жидкости и твердые вещества, в некоторой степени обладают свойствами демпфирования, поглощения и рассеивания проходящей через них лучистой энергии.
Процесс захвата свободных электронов, который приводит к восстановлению атома называется рекой Государство. Людмила Фирмаль
Однако изучение теплообмена излучением в различных реальных средах, учитывая все вышеперечисленные оптические свойства, является очень сложной и неразрешимой задачей, поэтому мы не будем ее рассматривать here. In в дальнейшем мы рассмотрим процесс теплообмена излучением с поглощающей газовой средой. Такой процесс имеет практическое значение, так как во многих реальных задачах приходится иметь дело с газами, а влияние рассеяния энергии излучения незначительно.
Механизм эмиссии, поглощения и рассеяния газа Рассмотрим перечисленные механизмы на примере простого атома водорода, состоящего из протона и электрона[311.Поглощение или испускание квантов (фотонов) происходит при переходе атома или молекулы с одного энергетического уровня на другой. Когда Квант поглощен, атом excited. In чтобы атом испустил Квант, он должен быть сначала возбужден. Когда атом испускает Квант, энергия возбуждения теряется.
Излучение или поглощение энергии теплового излучения связано с излучением или поглощением квантов. Протоны и электроны в связанном состоянии образуют атомы водорода. Основное состояние атома водорода характеризуется энергией, равной по абсолютной величине потенциалу ионизации. Энергия основного состояния обычно измеряется в электронных вольтах и считается отрицательной. Для атома водорода он равен 13,5 эВ. 1 электронный Вольт-это энергия, которую электроны получают, когда разность потенциалов 1 вольт проходит (1 эВ-1.6-10 и j).
В связанном состоянии атом может существовать только на определенном дискретном энергетическом уровне. Если электрон находится на границе между связанным и свободным состояниями, то энергия атома принимается равной нулю. Когда поглощается другой Квант, когда атом распадается на положительно заряженные ионы и электроны, электроны считаются свободными. Процесс распада ОЗУ и электронов называется ионизацией газа. Атомы находятся на таком энергетическом уровне, что следующая энергия поглощается.
Когда энергия кванта превышает энергию связи протона и электрона, избыточная энергия кванта превращается в кинетическую энергию свободного электрона В связанном состоянии электроны могут поглощать или высвобождать энергию только в индивидуальном parts. In в этом случае спектр состоит из прерывистых линий ширины Dm. In в свободном состоянии электроны могут обладать любой кинетической энергией, а их энергетический спектр непрерывен. Переход из свободного состояния электрона в связанное происходит, когда он испускает Квант.
Этот процесс имеет непрерывный энергетический спектр. Процессы ионизации и рекомбинации происходят при очень высоких температурах (см. главу XI,§ 7 и XI-25).С помощью ионизированного газа можно наблюдать следующие процессы: Свободные электроны способны поглощать квант энергии, после чего кинетическая энергия электронов возрастает. Свободные электроны способны испускать кванты энергии. Тогда, удерживая постоянный запас энергии, она останется Электрические электроны свободны, потому что они могут захватить его.
Процесс квантовой эмиссии электронами называется Потеря постоянной кинетической энергии является тормозящей, поскольку воспринимается как торможение при электрическом поле ионов. Процесс торможения может происходить как в ионном поле, так и в поле нейтральных атомов; в последнем случае необходимы свободные электроны и близость атомов, поэтому таких случаев мало. В процессе поглощения и испускания квантов свободными электронами возникает непрерывный спектр.
- Газы могут не только испускать и поглощать кванты, но и рассеиваться them. As как правило, кванты разбросаны по свободным electrons. At при кажущейся температуре энергия кванта мала, гораздо меньше энергии электрона. Такой Квант рассеивается, не меняя своего energy. So, в этих условиях рассеяние — это процесс изменения направления движения пространства (фотона) кванта. Дисперсия оказывает большое влияние на процесс рассеивания лучистой энергии только при полностью ионизированном и сильно разбавленном газе. В нормальных условиях эффекты рассеяния по сравнению с поглощением незначительны.
Следует отметить, что диссипация лучистой энергии оказывает существенное влияние на движение дисперсной среды, например, в пылевых газах, туманах, высокопористой изоляции. [45, 90]. В более сложных атомных системах (молекулах), по сравнению с атомами водорода, когда Квант поглощается или высвобождается сложной молекулой газа, изменяется не только энергетический уровень, но и он сам.、 В результате изменения электронного состояния, а также в колебательном и вращательном состояниях.
Уравнение переноса энергии излучения в плоскости » слой поглощающей среды». Людмила Фирмаль
Движение двухатомной или многоатомной молекулы в пространстве может быть разбито на поступательное и вращательное движения, а кроме того, возможно колебательное движение атомов вдоль соединяющей их оси. Состояние вращения и вибрации зависит от интенсивности этих движений. Баланс излучаемой энергии базового плоского слоя, dx (рисунок XIII-11).Спектральная интенсивность излучения на правой пластине 1}, проходящей через слой, изменяется на d / F. собственное излучение слоя увеличивается на величину / £и уменьшается в результате поглощения в слое(игнорируя эффект рассеяния).
Вот некоторые отношения, которые вам нужно сбалансировать. Спектральная интенсивность абсолютно черного объекта/ od не зависит от направления (диффузное излучение). кроме того, этот объект поглощает всю энергию излучения, которая поступает в него. Поэтому в основе представления лежит Монохроматическое полусферическое излучение (ХШ-8). k можно записать £о, Х = Л / О (XSh-49） Для интегральной радиации £₀= Я /₀. Также из (XI11-49) (ХІІІ-50） Сейчас мы продолжаем балансировать лучистую энергию.
Локальное значение монохроматического излучения на единицу объема поглощающей среды (кроме Черной) за единицу времени в телесном угле Q = 4l получено с помощью (XIII-51). ХХ(х)^ b4f = 4хх (Х)£₀₀,, (ХІ я-52） Где xx (x) — спектральный коэффициент поглощения излучения. Спектральная интенсивность собственного излучения основного объема среды dx X 1 X 1 = dx (рис. XIII-11) получается умножением (XIII-52) на величину объема и делением суммарного телесного угла I = 4l. (XI С-53） Величина EBᵢx зависит только от температуры, но поскольку она равна T = f (x), мы берем£take. х = ч (х).
Спектральная интенсивность излучаемого излучения может быть выражена в виде (это направление, рисунок X1P-11) после прохождения через слой DX поглощающей среды. ХК(х)/ р чтобы устроиться (ХІІІ-54） Результирующее приращение спектрального излучения на основе (X1P-53 и XIII-54) имеет следующий вид: файл DLL дуплексный. (ХІІІ-55） Используя (ХП1-55), можно получить дифференциальные уравнения переноса энергии излучения относительно (x, 0 (XSh-56） С помощью вышеуказанного метода вы можете получить то же самое уравнение для него(x, 0)в следующем виде: потому что 0 ^ — £ » г(х)-94(*)/ х• (XI С-57）.
Специфические преобразования (XIII-56 и XIII-57) с некоторыми дополнительными зависимостями были использованы для получения формулы (90) потоков лучистого теплообмена для всего спектра теплового излучения среды (90） (Xii1-58） 4О, я> чат -, — х-зы (х) DX ’ ХХ-среднее значение коэффициента поглощения. Обратите внимание на важные особенности теплообмена между стенкой и средой на границе раздела layer. It установлено, что на указанной границе имеет место скачок температуры.
Это можно определить из выражения Лучистый теплообмен между параллельными плитами, разделенными абсорбционной средой Учитывая постоянную температуру 7 ″ и радиационно-индуцированный теплообмен между tₜ (T,>т) и неограниченными 2 параллельными пластинами (серыми телами) размером 1 и 2, которые имеют поглощающую способность L1 и Ar и разделены слоем неподвижной поглощающей серы (xx = x), можно определить температуру, при которой происходит теплообмен. occurs. It предполагается, что теплообмен за счет теплопроводности и конвекции не происходит.
Формула для определения количества тепла, передаваемого от пластины 1 к пластине 2 / ₁g [90]. Из уравнения (XIII-58) при условии x = const находим распределение температуры в слое поглощающей среды (ХІІІ-60） Где T-температура среды на границе пластины / Ближнего слоя. Вы получаете x = I из (XIII-60) (ХІІІ-61） Где T ’ — температура среды на границе слоя вблизи пластины 2.Температура равна в пластинах первого 1\, Ai и 2-го Т₂, исходя из (XIII-59) соответственно. 1 I (ХІІІ-62） (Xi11-63）.
Добавим уравнения (XIII-61, XIII-62 и XIII-63) для каждого term. As в результате получаем формулу, определяющую количество теплоты q ^ 2, движущейся от пластины 1 к пластине 2. (ХІІІ-64） Формула (XIII-64) может быть выражена в другом виде, принимая во внимание (XI1I-29) (X1P-65） В частном случае прозрачной среды(k1 = 0) Формула (XIII-65) принимает вид формулы (XIII-41).
Смотрите также:
| Законы теплового излучения | Теплообмен излучением в реальных газах и парах |
| Теплообмен излучением между параллельными пластинами, разделенными прозрачной средой | Классификация теплообменных аппаратов |
