Лучистый теплообмен

радиационный теплообмен, осуществляется в результате процессов превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения и её поглощения веществом. Протекание процессов Л. Т. Определяется взаимным расположением в пространстве тел, обменивающихся теплом, свойствами среды, разделяющей эти тела. Существенное отличие Л. Т. От других видов теплообмена (теплопроводности (См. Теплопроводность), конвективного теплообмена (См. Конвективный теплообмен)) заключается в том, что он может протекать и при отсутствии материальной среды, разделяющей поверхности теплообмена, так как осуществляется в результате распространения электромагнитного излучения. Лучистая энергия, падающая в процессе Л. Т. На поверхность непрозрачного тела и характеризующаяся значением потока падающего излучения Qпад, частично поглощается телом, а частично отражается от его поверхности (см.

Рис.). Поток поглощённого излучения Qпогл определяется соотношением. Qпогл = А Qпад, где А — поглощательная способность тела. В связи с тем, что для непрозрачного тела Qпад = Qпогл + Qoтр, где Qoтр — поток отражённого от поверхности тела излучения, эта последняя величина равна. Qoтр = (1 — А) Qпад, где 1 — А = R — отражательная способность тела. Если поглощательная способность тела равна 1, а следовательно, его отражательная способность равна 0, то есть тело поглощает всю падающую на него энергию, то оно называется абсолютно чёрным телом (См. Абсолютно чёрное тело). Любое тело, температура которого отлична от абсолютного нуля, испускает энергию, обусловленную нагревом тела. Это излучение называется собственным излучением тела и характеризуется потоком собственного излучения Qсоб.

Собственное излучение, отнесённое к единице поверхности тела, называется плотностью потока собственного излучения, или лучеиспускательной способностью тела. Последняя в соответствии со Стефана — Больцмана законом излучения (См. Стефана - Больцмана закон излучения) пропорциональна температуре тела в четвёртой степени. Отношение лучеиспускательной способности какого-либо тела к лучеиспускательной способности абсолютно чёрного тела при той же температуре называется степенью черноты. Для всех тел степень черноты меньше 1. Если для некоторого тела она не зависит от длины волны излучения, то такое тело называется серым. Характер распределения энергии излучения серого тела по длинам волн такой же, как у абсолютно чёрного тела, то есть описывается Планка законом излучения (См.

Планка закон излучения). Степень черноты серого тела равна его поглощательной способности. Поверхность любого тела, входящего в систему Л. Т., испускает потоки отражённого излучения Qoтр и собственного излучения Qcoб. Суммарное количество энергии, уходящей с поверхности тела, называется потоком эффективного излучения Qэфф и определяется соотношением. Qэфф = Qoтр + Qcoб. Часть поглощённой телом энергии возвращается в систему в виде собственного излучения, поэтому результат Л. Т. Можно представить как разность между потоками собственного и поглощённого излучения. Величина Qpeз = Qcoб — Qпогл называется потоком результирующего излучения и показывает, какое количество энергии получает или теряет тело в единицу времени в результате Л.

Т. Поток результирующего излучения можно выразить также в виде Qpeз = Qэфф — Qпад, то есть как разность между суммарным расходом и суммарным приходом лучистой энергии на поверхности тела. Отсюда, учитывая, что Qпад = (Qcoб — Qpeз) / А, получим выражение, которое широко используется в расчётах Л. Т.