И ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ - Конспект Лекций, раздел Науковедение, КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЛЕКЦИЯ 1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Теплообмен Излучением – Процесс Переноса Теплоты В Виде Эл...
Теплообмен излучением – процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн (фотонов). Этот вид теплообмена осуществляется в три этапа: внутренняя энергия тела в начале преобразуется в энергию излучения, которая на втором этапе распространяется в пространстве, а на третьем этапе энергия излучения вновь преобразуется в теплоту, то есть во внутреннюю энергию тела, которое поглощает лучистый поток. Лучистый теплообмен имеет место между всеми телами и является единственно возможным способом переноса теплоты в вакууме. Тепловое излучение характеризуется длиной волны l и частотой колебания n. При этом волны распространяются со скоростью света с = 3 х 108 м/с, а n = c/l. При температурах, обычных в технике, основное количество энергии излучается при длинах волн от 0,8 до 800 мкм. Эти лучи принято называть тепловыми (инфракрасными). Большую длину имеют радиоволны, меньшую – волны видимого (светового) излучения.
Поток излучения – это количество лучистой энергии, излучаемой в единицу времени через произвольную поверхность. Обозначается поток излучения так же, как и тепловой поток,– Q, Вт.
Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела F по всем направлениям, называется поверхностной плотностью потока излучения Е, Вт/м2:
E = Q/F. (149)
При попадании потока излучения на тело он делится на три части: поглощаемую Eпогл, отражаемую Eотр и пропускную Eпроп, то есть:
Е = Eпогл + Eотр + Eпроп (150)
Разделив все члены уравнения на величину Е, получим:
Eпогл /Е + Eотр/Е + Eпроп /Е = A + R + D = 1, (151)
где А = Eпогл /Е – поглощательная способность тела; R = Eотр/Е – отражательная способность тела; D = Eпроп /Е – пропускательная способность тела.
При А = 1, R = D = 0 тело называется абсолютно черным. При R = 1, A = D = 0 тело отражает всю падающую на него лучистую энергию и называется абсолютно белым. При D = 1, A = R = 0 тело пропускает сквозь себя всю падающую на него лучистую энергию и называется прозрачным (диатермичным).
В природе нет ни абсолютно черных, ни абсолютно белых, ни абсолютно прозрачных тел. Реальные тела могут лишь в той или иной мере приблизиться к какому-то из этих видов. Свойством абсолютно черного тела обладает отверстие в стенке полого тела, поскольку можно считать, что энергия луча, падающего в это отверстие, полностью будет поглощена внутри полого тела. При изучении лучистого теплообмена пользуются специальной классификацией лучистых потоков. Собственным излучением называется излучение, которое зависит от свойств тела и от его температуры. Сумма потоков собственного излучения и отраженной части падающего на тело излучения от других тел называется эффективным излучением:
Еэф = Есоб + Еотр = Есоб + RЕпад. (152)
Для абсолютно черного тела R = 0, и, следовательно, Еэф = Есоб.
Из законов излучения для теплотехники наибольшее значение имеет закон Стефана-Больцмана: количество энергии, излучаемое единицей поверхности абсолютно черного тела в единицу времени, пропорционально четвертой степени абсолютной температуры:
E0 = s0 (T/100)4, (153)
где s0 = 5,67 Вт/(м2 . К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Так как в природе абсолютно черных тел нет, а все тела серые, то этот закон применительно к серым телам будет иметь такой вид:
E = s (T/100)4, (154)
Здесь s ≠ s0 и тем больше отличается от него, чем больше рассматриваемое тело отличается от абсолютно черного. Это отличие учитывается степенью черноты e = s/s0 = E/E0.
Степень черноты шамотного кирпича равна 0,59, красного кирпича – приблизительно 0,94, штукатурки – 0,91, угля – 0,80. Зная e, нетрудно подсчитать и энергию излучения.
Закон Кирхгофа устанавливает связь между излучательной и поглощательной способностями тела, его формулировка: отношение излучательной способности Е к поглощательной А для всех тел одинаково и равно излучательной способности абсолютно черного тела Е0 при той же температуре и зависит только от температуры:
E/A = E0. (155)
Из этого выражения следует, что поглощательная способность тела А равна степени его черноты e.
Все темы данного раздела:
ТЕРМОДИНАМИКИ И ЕЕ ЗАДАЧИ
Процессы обмена энергией имеют место в любых явлениях окружающего мира. Поэтому термодинамика как наука о взаимном превращении теплоты и работы дает методы изучения энергетических я
СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА
Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с окружающими телами. Термоди
И РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Реальные газы при низких давлениях близки к идеальным, так как в этом случае можно пренебречь силами межмолекулярного взаимодействия и объемом молекул. Это относится, в частности, к кислороду, возд
ГАЗОВЫЕ СМЕСИ
В практике в качестве рабочего тела используют, как правило, не какой-либо однородный газ, а газовую смесь: воздух, продукты сгорания различных видов топлива, природные газы и т. п.
ИСТИННАЯ И СРЕДНЯЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ
Теплоемкости могут быть массовые, объемные, молярные. Теплоемкость 1 кг газа называется массовой: она обозначается буквой с и измеряется в Дж/(кг . К).
Те
ТЕПЛОЕМКОСТИ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Как указывалось выше, температура газа при одном и том же количестве сообщаемой теплоты q изменяется по-разному в зависимости от характера термодинамического процесса. Это означает,
Значения молярных теплоемкостей и коэффициента k в зависимости от атомности
Газ
mсJ
mср
mсJ
mср
k
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Теплоемкость газовой смеси, как и отдельных газов, может быть отнесена к 1 кг, 1 м3 или 1 кмолю.
Если смесь задана массовыми долями, то ее массовую теплоемкость
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
В результате воздействия на рабочее тело (газ, пар) внешней среды, например сжатия, расширения, нагрева и т. д. происходит изменение параметров его состояния.
Всякое измене
И ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ
Работа совершается только при изменении объема газа. Если происходит расширение газа, то работа совершается против внешних сил; при сжатии, наоборот, газ воспринимает работу
ТЕПЛОТА
Теплота является формой движения мельчайших частиц тела. Передача теплоты от одного тела к другому осуществляется либо путем непосредственного контакта между ними (теплопроводность,
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам.
Формулировка первого зако
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗАХ
Всякое изменение состояния рабочего тела (газа) в общем случае характеризуется изменением его основных параметров: r, J, T. Состояние газа изменяется двумя путями: сообщением ему те
ЭНТРОПИЯ ГАЗОВ
При исследовании все процессы рассматриваются как равновесные и обратимые.
Прежде чем рассматривать порядок исследования термодинамических процессов, введем пятый параметр
ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянном удельном объеме, называется изохорным. Изохорный процесс применяется, в частности, при расчетах теоретических циклов карбюраторных двигате
ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. Такой термодинамический процесс может протекать в цилиндре, поршень которого перемещается без трения, так
ЭНТАЛЬПИЯ ГАЗА
В процессах, связанных с расчетом котельных установок, паровых турбин, а также с сушкой и охлаждением сельскохозяйственной продукции, используют параметр состояния рабочего тела (га
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянной температуре рабочего тела, называется изотермическим. Он возможен, например, в цилиндре поршневой машины, если по мере подвода теплоты q к рабоче
АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС
Адиабатным называется процесс, который осуществляется без теплообмена между газом и внешней средой (q = 0). Практическое использование этот процесс находит в соплах паровых т
ПОЛИТРОПНЫЙ ПРОЦЕСС
Во всех реальных тепловых машинах (двигателях внутреннего сгорания – ДВС, компрессорах, газотурбинных установках и т. д.) процессы сжатия рабочего тела (газа), горения топлива, расш
Результаты анализа политропных процессов
Группа
Пределы
изменения
показателя
политропы
Изменение внутренней энергии
Подвод (отвод) теплоты
Теплое
КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Замкнутый процесс, в результате которого газ, пройдя ряд различных состояний, возвращается в исходное, называется круговым процессом (циклом).
Поясним данное определ
ПРЯМОЙ ОБРАТИМЫЙ ЦИКЛ КАРНО
В 1824 г. С. Карно предложил цикл, которому было присвоено его имя. Прямой обратимый (то есть состоящий только из равновесных, обратимых процессов) цикл Карно является идеальным цик
ОБРАТНЫЙ ОБРАТИМЫЙ ЦИКЛ КАРНО
Этот цикл является идеальным циклом холодильных машин. Изображение обратного цикла Карно приведено на рисунке 10. Цикл состоит из тех же процессов, что и прямой цикл, но состояние р
ВТОРОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность теплоты и работы как двух форм передачи энергии. Однако этот закон ничего не говорит об условиях преобразования теплоты и ра
КОМПРЕССОРОВ
Двигателями внутреннего сгорания (ДВС) называются тепловые поршневые машины, в которых в качестве рабочего тела используются продукты сгорания жидких или газообразных топлив, сжигае
ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Для анализа работы ДВС и определения основных показателей (индикаторная мощность, механический КПД) на работающем цилиндре записывают с помощью индикатора индикаторную диаграмму, пр
ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
Газотурбинные установки (ГТУ) по сравнению с ДВС имеют существенное преимущество – отсутствие в ГТУ механизмов с возвратно-поступательным движением позволяет строить их быстроходным
ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ
Сжатый воздух находит широкое применение в технологических процессах, в частности для привода пневмомеханизмов, молотов, вибраторов, пневмоподъемников, для транспортировки сыпучих м
ВОДЯНОЙ ПАР
Водяной пар в качестве рабочего тела находит широкое применение в паровых турбинах, являющихся основными тепловыми двигателями на тепловых и атомных электростанциях.
В каче
RV- И Ts-ДИАГРАММЫ ВОДЯНОГО ПАРА
Парообразование может осуществляться путем испарения или кипения.
Испарением называется парообразование, происходящее только с поверхности жидкости. Этот процесс про
Hs-ДИАГРАММА ВОДЯНОГО ПАРА
В инженерной практике термодинамические процессы с водяным паром рассчитывают с помощью hs-диаграммы. Эта диаграмма в СССР построена до давления 100,0 МПа и до температуры 1000
ПАРАМЕТРЫ ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА
При исследованиях принято считать, что при 0 0С и любом давлении энтальпия h0, внутренняя энергия u0, энтропия s0 воды равны нулю. В изоб
ЦИКЛ КАРНО ДЛЯ ВОДЯНОГО ПАРА
Наиболее совершенным идеальным циклом паросиловой установки является прямой обратимый цикл Карно, термический КПД которого, как отмечалось выше, максимальный в заданном интервале температур и не за
ЦИКЛ РЕНКИНА
Основным идеальным циклом паросиловых установок является цикл Ренкина. На рисунке 24 приведена принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, а на рисунке 25 – rJ- и Ts-ди
ЦИКЛА РЕНКИНА
Исследование выражения для термического КПД цикла Ренкина при различных начальных (на входе в паровую турбину) и конечных (на входе в конденсатор) параметрах пара позволяет сделать вывод – начально
ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ
В качестве рабочего тела атмосферный воздух применяется при сушке, нагреве, охлаждении различных материалов, в установках кондиционирования и т. д.
В атмосферном воздухе со
ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Согласно закону Дальтона, давление смеси газов равно сумме парциальных давлений ее компонентов:
pнл.в. = pс.в. + pв.п., (128)
&nbs
Hd-ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Данная диаграмма позволяет наиболее просто и быстро определять параметры влажного воздуха.
В Hd-диаграмме (рис. 27, а) по оси абсцисс откладывается влагосодержание d (г/кг сухого воздуха),
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Одно из основных понятий теплопроводности – температурное поле. Температура – один из основных параметров, характеризующих тепловое состояние рабочего тела или среды. Совокуп
ЗАКОН ФУРЬЕ
Закон Фурье устанавливает количественную взаимосвязь между температурным полем и интенсивностью распространения теплоты в нем посредством теплопроводности. Согласно закону Фурье, ве
ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ
Теплопроводность однослойной плоской стенки. Схема распространения теплоты для этого случая приведена на рисунке 30. Пусть теплота распространяется в стенке, ограниченной пар
КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
В практике наиболее часто приходится рассчитывать конвективный теплообмен между жидкостью (газом) и поверхностью твердого тела или канала (трубы), по которому она протекает. Если пр
ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ
Теплоотдача при кипении жидкости сопровождается изменением агрегатного состояния рабочего тела. Это явление имеет специфические особенности и большое практическое значение для энерг
ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ
Знание законов излучения позволяет получить расчетные формулы для лучистого теплообмена между телами. В частности, формулой (155) пользуются при определении излучательной способност
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. СНОВЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Разделение процесса переноса теплоты на теплопроводность, конвективный теплообмен и теплообмен излучением удобно для его изучения. В действительности встречается сложный теплообмен,
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ СТЕНКУ
Пусть однослойная плоская стенка (рис. 37) толщиной d из материала, коэффициент теплопроводности которого l, омывается с одной стороны горячей жидкостью с температурой tж1
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ СТЕНКУ
В практике наиболее распространенным элементом теплообменных устройств является труба. Схема процесса теплопередачи через цилиндрическую стенку (трубу) представлена на рисунке 38.
ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
При решении практических задач теплопередачи требуется либо повысить интенсивность переноса теплоты от греющей среды к нагреваемой, либо, наоборот, затормозить этот процесс. Интенси
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от греющего теплоносителя (с более высокой температурой) к нагреваемому тепл
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО
Энергетическим топливом называют такие горючие вещества, которые экономически целесообразны при сжигании в технических устройствах для получения теплоты.
В качестве топлива
ПОНЯТИЕ УСЛОВНОГО ТОПЛИВА
Теплота сгорания топлива показывает, какое количество теплоты (в килоджоулях) выделяется при полном сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива при нормальных условиях.
ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА
Главная составляющая горючей части топлива – углерод. Теплота сгорания углерода – 33 650 кДж/кг. Содержание углерода по горючей массе топлива составляет: в антраците – 87…93%
ВИДОВ ТОПЛИВА
Древесина. Использование древесины в качестве топлива ограничено. Теплота сгорания дров в значительной степени определяется влажностью. Чем больше влажность дров, тем меньше
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
В зависимости от скорости горения различают нормальное горение и взрывное. Скоростью горения называется скорость распространения пламени. При нормальном горении скорость распростран
ДЛЯ ПОЛНОГО СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Если состав топлива известен, то количество воздуха, необходимого для полного сгорания любого из его компонентов, можно определить из выражения С + О2 = СО2. Э
ОБЪЕМ И СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Для правильного расчета и выбора теплотехнических агрегатов необходимо знать количество образующихся продуктов сгорания. Как правило, количество продуктов сгорания относят к 1 кг тв
Численные значения энтальпий составляющих продуктов сгорания и воздуха при различных температурах
Температура,
К
НСО2, кДж/м3
НN2, кДж/м3
НО2,
кДж/м3
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
Алексеев Г. Н. Общая теплотехника.– М.: Высшая школа, 1980. Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок.– М., Высшая школа. Ар
Новости и инфо для студентов