Особенности излучения газов

Одно- и двухатомные газы прозрачны для теплового излучения. Излучающей и поглощающей способностью обладают трех- и многоатомные газы.

В практике теплотехнических расчетов наиболее распространенными трехатомными газами являются углекислый газ (СО₂)и водяные пары (Н₂О).

Газы излучают и поглощают энергию каждой молекулой, число которых прямо пропорционально давлению газа и толщине газового слоя (в отличие от твердых тел, где излучает и поглощает только поверхностный слой молекул). Таким образом, излучение и поглощение газов зависит от температуры (Т), давления (р) и толщины газового слоя, характеризуемого длиной пути луча ().

Газы излучают и поглощают энергию только в определенных интервалах длин волн (∆ λ), называемых полосами излучения. Для лучей других длин волн, вне этих полос, газы прозрачны.

В табл. 4.1 приведены полосы излучения для СО₂ и Н₂О.

Таблица 4.1

Из табл. 4.1 видно, что полос для Н₂О больше и они шире. С ростом температуры излучение газов смещается в коротковолновую область, где ширина полос меньше. Следовательно, интенсивность излучения газов с ростом температуры уменьшается.

Степень черноты газа (e_г) – это отношение собственного излучения газов к излучению абсолютно черного тела при температуре газа:

(4.31)

Степени черноты для СО₂ и Н₂О определяются по номограммам

	(4.32)
	(4.33)

где - парциальные давления.

Степень черноты газовой смеси СО₂ и Н₂О находится по формуле

(4.34)

где - поправочный коэффициент, определяемый из номограммы.

Длина пути луча для газовых объемов рассчитывается по уравнению

(4.35)

где V, м³ – объем газа; F, м² – площадь поверхности, омываемой газом.

Для пучков труб, омываемых излучающими газами, длина пути луча рассчитывается по формуле

(4.36)

где d₂ - наружный диаметр трубы; s₁, s₂ - поперечный и продольный шаги труб.

Номограммы для определения имеются в [5], [7].

Уравнения для расчета собственного излучения газов и их смеси согласно (4.31) – (4.33) запишутся в виде

	(4.37)
	(4.38)
	(4.39)

Теплообмен излучением между газом и поверхностью (стенкой), рис. 4.8, или поверхностью трубного пучка рассчитывается по формуле

(4.40)

где e_с, F_c – степень черноты и площадь поверхности стенки, омываемой газом; А_г – поглощательная способность газа при температуре поверхности (Т_с), которая рассчитывается по формуле

(4.41)

где и определяются по тем же номограммам, что и

Контрольные вопросы, задания и задачи
для самостоятельного решения

1. Сравните степени черноты снега и сажи. Поясните результат сравнения.

2. Рассчитайте плотность теплового потока, передаваемого излучением (q, Вт/м² ) от батареи отопления с температурой поверхности t_c= 60^oC и степенью черноты e_с =0, 9. Температура окружающего воздуха t_ж= 20^oC.

Ответ: q= 251, 4 Вт/м².

3. Рассчитайте плотность теплового потока (q, Вт/м² ), передаваемого через ваккуумированный зазор двойной стенки колбы термоса при условии, что температуры поверхностей стенок t₁= 100^oC, t₂= 20^oC, степени черноты поверхностей e₁ = e₂= 0, 05.

Какой толщины должен быть слой тепловой изоляции из войлока (λ _в= 0, 0524 Вт/м∙ К ), чтобы компенсировать потери тепла излучением?

Ответы: q= 17, 43Вт/м², δ _из =239 мм.

4. Проанализируйте формулы для e_пр (4.25) и (4.30) при наличии между поверхностями одного экрана и ответьте на вопрос: как зависит лучистый поток от расстояния между нагретой поверхностью и экраном:

а) для двух параллельных плоских поверхностей;

б) для системы тел, одно из которых расположено внутри другого?

5. Через стенку толщиной δ (рис. 4.9) теплота передается теплопроводностью (q _т, Вт/м² ), от поверхности стенки в окружающую среду – путем конвективного теплообмена (q _к ,) и излучением (q _л ,).

Известны коэффициент теплопроводности стенки (λ), степень черноты поверхности (e), температуры t₁, t₂, t_ж, коэффициент теплоотдачи .

Запишите формулы для расчета тепловых потоков q _т, q_к , q_л

q=q _т =q_к+q_л.

6. От каких факторов зависит излучение (поглощение):

а) твердых тел;

б) газов?