Radiační výměna tepla: koncept, výpočet

Zde čtenář najde obecné informace o tom, co je přenos tepla,

Vstup do přestupu tepla

Abychom pochopili podstatu sálavé výměny tepla, musíme nejprve pochopit její podstatu a vědět, co to je?

Výměna tepla je změna energetického indexu interního typu bez toku práce na objektu nebo předmětu a bez provedení práce tělem. Takový proces vždy probíhá ve specifickém směru, a to: přenos tepla z těla s velkým teplotním indexem na tělo s menším tělesem. Když je dosaženo vyrovnání teplot mezi těly, proces se zastaví a provádí se pomocí tepelné vodivosti, konvekcí a záření.

1. Tepelná vodivost je proces přenášení energie interního typu z jednoho fragmentu těla na jiný nebo mezi těly, když se dotýkají.
2. Konvekce je přenos tepla, který je realizován v důsledku přenosu energie spolu s kapalnými nebo plynovými proudy.
3. Radiace je elektromagnetické povahy, vyzařované vnitřní energií hmoty, která je ve stavu s určitou teplotou.

Vzorec tepla umožňuje provádět výpočty pro určení množství přenášené energie, ale naměřené hodnoty závisí na povaze procesu:

1. Q = cmDelta-t = cm (t₂ - t₁) - vytápění a chlazení;
2. Q = mlambda - krystalizace a tavení;
3. Q = mr - kondenzace par, varu a odpařování;
4. Q = mq - spalování paliva.

Korelace těla a teploty

Chcete-li pochopit, co je zářivá výměna tepla, potřebujete znát základy zákonů fyziky o infračerveném záření. Je důležité si uvědomit, že každé tělo, jehož teplota je nad absolutní nulou nad nulou, vždy emituje energii tepelného charakteru. Leží v dosahu infračerveného spektra vln elektromagnetické povahy.

Avšak různé těla, které mají stejný teplotní index, budou mít odlišnou schopnost emitovat sálavou energii. Tato charakteristika bude záviset na různých faktorech, jako jsou: struktura těla, příroda, forma a povrchový stav. Povaha elektromagnetického záření se vztahuje na duální korpuskulární vlnu. Pole elektromagnetického typu má kvantovou povahu a jeho kvantové hodnoty jsou fotony. Interakce s atomy, fotony jsou absorbovány a přenášejí jejich zásobování energií na elektrony, foton zmizí. Energie indikátoru tepelné vibrace atomu v molekule se zvyšuje. Jinými slovy, vyzařovaná energie se přemění na teplo.

Vyzařovaná energie je považována za hlavní množství a je označena znaménkem W, měřeným jouly (J). V průtoku záření je průměrná hodnota výkonu vyjádřena v časovém období mnohem větším, než je doba oscilace (energie vyzařovaná v jednotce času). Jednotka emitovaná průtokem je vyjádřena v joulech dělených druhou (J / s), obecně přijaté varianty jsou watt (W).

Poznání se sálavou výměnou tepla

Nyní více o jevu. Radiální výměna tepla je výměna tepla, proces jejího přenosu z jednoho těla do druhého, který má jiný teplotní index. Vyskytuje se pomocí infračerveného záření. Je elektromagnetické a leží v oblastech spektra vln elektromagnetické povahy. Vlnový pás leží v rozmezí od 0,77 do 340 μm. Rozmezí od 340 do 100 μm jsou považovány za dlouhé vlny, střední vlnové rozsahy jsou 100 až 15 μm a od 15 do 0,77 μm patří do pásem krátkých vln.

Krátká vlnová oblast infračerveného spektra sousedí se světlem viditelného typu a části dlouhých vln vln opouštějí oblast ultrakrátké radiové vlny. Infračervené záření je charakterizováno přímočarým šířením, je schopno se lámat, odrazit a polarizovat. Je schopen proniknout do určitého seznamu materiálů, které jsou pro viditelné záření neprůhledné.

Jinými slovy, sálavé teplo může být popsán jako přenos tepla ve formě elektromagnetických vln energie, přičemž tento proces probíhá mezi povrchy, které jsou ve vzájemném záření.

Index intenzity je určen vzájemným uspořádáním povrchů, radiačními a absorpčními schopnostmi těl. Sálavé výměny tepla mezi těly se liší od procesů konvekce a vedení tepla, protože teplo může být přenášeno vakuem. Podobnost tohoto jevu s ostatními je způsobena přenosem tepla mezi těly s různým teplotním indexem.

Radiační tok

Sálavé výměny tepla mezi těly mají řadu toků záření:

1. Radiální tok odpovídajícího typu je E, který závisí na teplotě T a optických vlastnostech těla.
2. Proudy dopadajícího záření.
3. Absorbované, odražené a přenášené typy radiačních toků. V součtu se rovná E_pad.

Prostředí, ve kterém dochází k výměně tepla, může absorbovat záření a zavádět vlastní.

Radiální výměna tepla mezi řadou těles je popsána efektivním tokem záření:

E_EF= E + E_OTP= E + (1-A) E_FPD.
Tělesa za jakýchkoli teplot, které mají indexy A = 1, R = 0 a 0 = 0, se nazývají "naprosto černé". Člověk vytvořil pojem "černé záření". Odpovídá teplotním indexům k rovnováze těla. Vyzařovaná energie záření je vypočtena podle teploty subjektu nebo objektu, povaha těla ho neovlivňuje.

Podle zákonů společnosti Boltzmann

Ludwig Boltzmann, který žil na území rakouské říše v letech 1844-1906, vytvořil zákon Stefan-Boltzmann. Byl to ten, kdo dovolil člověku lépe porozumět podstatě výměny tepla a provozovat informace a zlepšovat ji po mnoho let. Podívejme se na její formulaci.

Zákon Stefan-Boltzmann je integrální zákon, který popisuje některé rysy naprosto černé těla. Umožňuje určit závislost hustoty radiačního výkonu absolutně černého těla na jeho teplotním indexu.

Poslušnost vůči zákonu

Zákony sálavé výměny tepla se řídí zákonem Stefan-Boltzmann. Úroveň přenosu tepla vedením tepla a konvekcí je úměrná teplotě. Energie záření v tepelném toku je úměrná teplotnímu indexu ve čtvrtém výkonu. Vypadá to takto:

q = sigma-A (T.₁⁴ - T₂⁴).

Ve vzorci q je tepelný tok, A je plocha povrchu těla produkujícího teplo, T₁ a T₂ - velikost teplot sálavých těles a prostředí, které se zabývají absorpcí tohoto záření.

Výše zmíněný zákon záření tepla popisuje přesně jen ideální záření vyrobené absolutně černým tělem (a.ch.t.). V životě prakticky žádné takové tělo neexistuje. Nicméně ploché plochy černé barvy přiblíží a.ch.t. Záření světla je poměrně slabé.

Existuje koeficient emisivity, zavedený tak, aby zohledňoval odchylku od ideálnosti četných dt. v pravé části výrazu, vysvětlující zákon Stefan-Boltzmann. Emisivita se rovná hodnotě menší než jedna. Plochý černý povrch může přinést tento poměr na hodnotu 0,98 a kovové zrcátko nepřesáhne 0,05. V důsledku toho jsou absorpční schopnosti vysoké u černých těl a nízké pro zrcadlové.

O šedém těle (st.t.)

Při výměně tepla se často odkazuje na termín, jako je šedé tělo. Tento objekt je těleso, které má koeficient spektrálního typu absorpce elektromagnetického záření menší než jeden, který se nespoléhá na délku vlny (frekvenci).

Záření tepla je stejné podle spektrálního složení záření černého tělesa se stejnou teplotou. Šedé tělo se liší od černé barvy pomocí menšího indikátoru energetické kompatibility. Na spektrální úrovni temnoty vlnová délka není ovlivněna. Ve viditelném světle jsou saze, uhlí a platina (černé) blízko šedého těla.

Oblasti využití znalostí o přenosu tepla

Záření tepla probíhá neustále kolem nás. V obytných a kancelářských budov se často vyskytují elektrické ohřívače, které se zabývají pomocí tepla, a to vidíme ve formě červenavě žhavicí spirála - tepelný odkazuje na viditelných, to „náklady“ na hranici infračerveného spektra.

Vytápění místnosti je ve skutečnosti ovládáno neviditelnou složkou infračerveného záření. Zařízení pro noční vidění používá zdroj tepelného záření a přijímače citlivé na záření infračervené povahy, které umožňují člověku navigovat ve tmě.

Energie Slunce

Slunce vpravo je nejmocnějším radiátorem energie, která má tepelnou povahu. Ohřívá naši planetu od vzdálenosti sto padesát milionů kilometrů. Indikátor intenzity slunečního záření, který byl registrován po mnoho let a různé stanice umístěné v různých rozích země, odpovídá přibližně 1,37 W / m².

Energie slunce je zdrojem života na planetě Zemi. V současné době se mnohé mysli snaží najít nejúčinnější způsob, jak je použít. Nyní víme solární panely, které mohou ohřívat obytné budovy a přijímat energii pro každodenní potřeby.

Na závěr

Shrneme-li, čtenář nyní může definovat sálavou výměnu tepla. Popište tento jev v životě a přírodě. Zářivá energie je základní charakteristikou přenášené vlnové energie v takový jev, jak je uvedeno vzorce ukazují metody výpočtu. Genericky Samotný proces podléhá zákonu Stefan-Boltzmann a může mít tři formy, v závislosti na jeho povaze: tok dopadajícího záření, vlastní druh záření a reflexe, absorpce a prošel.