Лучистый теплообмен
Периодическая система / Моделирование процессов переработки пластмасс / Лучистый теплообмен

Нагрев излучением применяется главным образом в операциях, предшествующих пневмо- и вакуум-формованию относительно тон­ких листов термопластов.

Лучистая энергия передается в виде электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве до тех пор, пока на их пути не встретится какая-либо поглощающая среда: газ, жидкость или твердое тело. Излучаемая энергия пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры изучающего тела. Так как обычно большая часть энергии излучения в применяемой на прак­тике области температур приходится на инфракрасный спектр, нагрев излучением называют также инфракрасным нагревом.

Гипотетическое тело, поглощающее все падающие на него лучи, называется абсолютно черным телом. Интенсивность лучеиспуска­ния абсолютно черного тела Еb определяется законом Стефана — Больцмана:

(2.43)

Где а — постоянная Стефана Больцмана, равная 1,36 • 10 -12 кал/(см2 • с • /K4), или

Реальные тела излучают меньше энергии. Их излучательная способность е оценивается по формуле:

(2.44)

где Е — интенсивность лучеиспускания реального тела.

Обычно ε зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом. Металлоиды и окислы металлов обладают высокой излучательной способностью (ε ≥ 0,8). У хорошо отполированных металлов из­лучательная способность невысока (ε ≤ 0,1) Реальные тела по­глощают только часть попадающего на них излучения.

Коэффи­циент поглощения определяется как отношение поглощенного из лучения к падающему.

При расчете лучистого теплообмена между черными телами под излучение попадает только та часть тела, которая просматривается с излучающего тела. Далее, интенсивность излучаемой энергии максимальна вдоль нормали к поверхности и равна нулю в тангенциальном направлении. Можно учесть взаимное расположение излучателя и облучаемого тела введением коэффициента видимости, учитывающего долю излучаемой энергии, которая попадает на облучаемое тело.

Допустим, что лучистая энергия, излучаемая от черной поверхности 1 на черную поверхность 2, равна E1A1F12 (A1 — площадь излучателя, F12 — доля энергии, попадающая на поверхность 2). Очевидно, что

A1F12 = A2F21 (2.45)

Поэтому количество тепла Q12, переданное при лучистом тепло­обмене от тела 1 к телу 2, равно:

Q12 = A1F12(E1-E2) (2.46)

Воспользуемся законом Стефана — Больцмана и получим:

(2.47)

Наконец, если T2/T1 << 1 то выражение (2.47) сводится к виду:

(2.48)

Для неабсолютно черных тел расчет осложняется наличием доли многократно отраженного излучения. В случае двух беско­нечных параллельных пластин общее количество тепла, передан­ного с единицы поверхности, выражается формулой:

(2.49)

где Fε — коэффициент излучения, равный:

(2.50)

Коэффициент теплопередачи h определится из выражения, анало­гичного по форме уравнению Ньютона:

(2.51)

Реальные полимеры и их расплавы плохо пропускают инфра­красное излучение. Поэтому падающая на них энергия превра­щается в тепло непосредственно на их поверхности. Некоторое количество выделяющегося тепла сразу же теряется на потери в виде собственного излучения и путем конвекции.

Поглощаемое тепло распространяется внутрь за счет процес­сов теплопроводности. Поэтому итоговое распределение темпера­тур в теле, нагреваемом лучистой энергией, зависит не только от мощности потока лучистой энергии, но также и от теплопроводно­сти и конвективных потерь.

Смотрите также

Очистка воды на ионитных фильтрах
Вода - это великая ценность, которую человек получил в дар от природы. Ее надо оберегать и уметь рационально использовать. Потребление некачественной воды может нанести непоправимый вред здо ...

Марганец (Manganum), Mn
Марганец — 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Сопутствует железу в ...

Курс лекций по Коллоидной химии (Часть 2)
...