Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Краткие сведения из теории радиационного теплообмена



ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Методические указания к выполнению лабораторной работы

 

Иваново 2006


Составители В.В. Бухмиров

Т.Е. Созинова

Редактор Д.В. Ракутина

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальностям теплотехнического профиля 140101, 140103, 140104, 140106 и 220301 и изучающих курс “Тепломассообмен” или “Теплотехника”.

Методические указания содержат описание экспериментальной установки, методику проведения эксперимента, а также расчетные формулы, необходимые для обработки результатов опыта.

 

 

Методические указания утверждены цикловой методической комиссией ТЭФ.

 

Рецензент

кафедра теоретических основ теплотехники Ивановского государственного энергетического университета


Задание

1. Экспериментально определить интегральную степень черноты тонкой вольфрамовой нити.

2. Сравнить результаты эксперимента со справочными данными.

3. Рассчитать коэффициент излучения вольфрамовой нити.

 

Краткие сведения из теории радиационного теплообмена

 

Тепловое излучение (радиационный теплообмен) – способ переноса теплоты в пространстве, осуществляемый в результате распространения электромагнитных волн, энергия которых при взаимодействии с веществом переходит в тепло. Радиационный теплообмен связан с двойным преобразованием энергии: первоначально внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного излучения, а затем, после переноса энергии в пространстве электромагнитными волнами, происходит второй переход лучистой энергии во внутреннюю энергию другого тела.

Тепловое излучение вещества зависит от температуры тела (степени нагретости вещества).

Энергия теплового излучения, падающего на тело, может поглощаться, отражаться телом или проходить через него. Тело, поглощающее всю падающую на него лучистую энергию, называю абсолютно черным телом (АЧТ). Отметим, что при данной температуре АЧТ и излучает максимально возможное количество энергии.

Плотность потока собственного излучения тела называют его лучеиспускательной способностью. Этот параметр излучения в пределах элементарного участка длин волн называют спектральнойплотностью потока собственногоизлучения или спектральной лучеиспускательной способностью тела. Лучеиспускательная способность АЧТ в зависимости от температуры подчиняется закону Стефана–Больцмана:

, (1)

где s0 = 5,67×10-8 Вт/(м2×К4) – постоянная Стефана–Больцмана;
= 5,67 Вт/(м2×К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; Т – температура поверхности абсолютно черного тела, К.

Абсолютно черных тел в природе не существует. Тело, у которого спектр излучения подобен спектру излучения абсолютно черного тела и спектральная плотность потока излучения (Еl) составляет одну и ту же долю el от спектральной плотности потока излучения абсолютно черного тела (Е0,λ), называют серым телом:

, (2)

где el – спектральная степень черноты.

После интегрирования выражения (2) по всему спектру излучения ( ) получим:

, (3)

где Е – лучеиспускательная способность серого тела; Е0 – лучеиспускательная способность АЧТ; e – интегральная степень черноты серого тела.

Из последней формулы (3) с учетом закона Стефана-Больцмана следует выражение для расчета плотности потока собственного излучения (лучеиспускательной способности) серого тела:

, (4)

где – коэффициент излучения серого тела, Вт/(м2×К4); Т – температура тела, К.

Значение интегральной степени черноты зависит от физических свойств тела, его температуры и от шероховатости поверхности тела. Интегральную степень черноты определяют экспериментально.

В лабораторной работе интегральную степень черноты вольфрама находят, исследуя радиационный теплообмен между нагретой вольфрамовой нитью (тело 1) и стенками стеклянного баллона (тело 2), заполненного водой (рис. 1).

Рис. 1. Схема радиационного теплообмена в эксперименте:

1 – нагретая нить; 2 – внутренняя поверхность стеклянного баллона; 3 – вода

 

Результирующий тепловой поток, получаемый стеклянным баллоном можно рассчитать по формуле:

, (5)

, (6)

где eпр – приведенная степень черноты в системе двух тел; e1 и e2 – интегральные степени черноты первого и второго тела; Т1 и Т2, F1 и F2 – абсолютные температуры и площади поверхностей теплообмена первого и второго тела; j12 и j21 – угловые коэффициенты излучения, которые показывают, какая доля энергии полусферического излучения попадает с одного тела на другое.

Используя свойства угловых коэффициентов несложно показать, что , а . Подставляя значения угловых коэффициентов в формулу (6), получим

. (7)

Так как площадь поверхности вольфрамовой нити (тело 1) много меньше площади окружающей ее оболочки (тело 2), то угловой коэффициент j21 стремится к нулю:

F1 << F2 j21 = F1/F2 ® 0 или . (8)

С учетом последнего вывода из формулы (7) следует, что и приведенная степень черноты системы двух тел, изображенных на рис. 1, определяется только радиационными свойствами поверхности нити:

eпр ® e1 или . (9)

В этом случае формула для расчета результирующего теплового потока, воспринимаемого стеклянным баллоном с водой, принимает вид:

, (10)

из которой следует выражение для определения интегральной степени черноты вольфрамовой нити:

, (11)

где – площадь поверхности вольфрамовой нити: d и – диаметр и длина нити.

Коэффициент излучения вольфрамовой нити рассчитывают по очевидной формуле:

. (12)

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.