|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 2 3 4 5 ... 42 -200 . 100 - 2BiO 3800 А,мки r-JO > -10 -10 -10 -50 -5 -1 Шг 2S0 100 1 -10-f > PaduoSomi Короткие радиобты Инфракрасное излучение 7 Видимый с8ет Ультрофиметовое излучение Рентгенобские лучи  Рис. 1.3. Шкала электромагнитных излучений (температура излучения соответствует максимальной интенсивности излучения Я) 2 Ч Рис. 1.4. Спектральная интенсивность излучения поверхности абсолютно черного тела как функция длин волн при различных температурах Вт/м'Ео,Шл1м' ч 2100 1Ш1500 1500 -1150 1000 -150 600 -500 то -250 -W о 40 80 120 160 200 tre Рис. 1.5. Интендавность интегрального излучения абсолютно черного тела в зависимости от температуры бания различаются по длине волны К. Ее измеряют в метрах (м), микрометрах (мкм) или ангстремах (А), причем 1 м = 10® мкм = 10 А. На рис. 1.3 приведена классификация электромагнитных колебаний в зависимости от длины волны. Как видно из рисунка, тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра. Спектральная интенсивность излучения поверхности /х Вт/(м. м) X X [ккал/(м^ ч м)] абсолютно черного тела в зависимости от длины волн и обычного для помещений диапазона температур приведена на рис. 1.4. Значения h , приведенные на этом графике, соответствуют закону Планка. Тепловое излучение при достаточно низких температурах, характерных для поверхностей в помещении, захватывает сравнительно узкий участок длин волн и может рассматриваться как монохроматическое, т. е. состоящее из волн одинаковой длины. Учитывая близкую к параболической форму кривых на рис. 1.4, можно в качестве осредненной принимать длину волны, соответствующую максимальной интенсивности излучения Х^зкс- Ее величина определяется законом Вина Ямакс = а/Т, (1.2> где а - постоянная излучения, равная 0,29 см К- При температурах поверхности Г в помещении от О до 150°С (от 273 до 423 К) длины волн Я,д,акс находятся в пределах от 11 до 7 мкм. Замена полихроматического излучения монохроматическим есть первое возможное упрощение в расчете теплового излучения поверхностей в помещении. По графику рис. 1.4 для абсолютно черного тела с произвольной температурой можно определить интенсивность излучения dEo = = hdX, Вт/м^ [ккал/(м^ ч)], соответствующую определенному участку длины волны, который лежит в интервале от Я, до > + dX,. Интенсивность излучения нагретой поверхности для всего спектра длин волн может быть определена интегрированием зависимостей, графики которых приведены на рис. 1.4. Величина интегральной интенсивности излучения Ео, Вт/м^ [ккал/(м^ 4),J, определяется законом Стефана - Больцмана: dK = c{T/m)\ (1.3) где Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,77 Вт/(м2 . К*) [4,96 ккал/(м2 ч К*)]- Зависимость Е^ от температуры показана на рис.Т.5. Поверхности в помещении являются серыми телами. В отличие от абсолютно черных серые тела излучают меньше тепла и падающий на них лучистый поток полностью ими не поглощается, а частично отражается (закон Кирхгофа). Между строительными матер^1алами - проводниками и диэлектриками имеется существенное различие в радиационных свойствах по отношению к инфракрасному излучению. Проводники отражают, а диэлектрики поглощают большую часть падающего на них инфракрас- т 80 I БО 20 D
80 60 40 20 D
 Рис. 1.6. Отражательная и поглощательная способности материалов в зависимости от температуры источника (абсолютно черного тела) падающего излучения: 7 -бумага; i -дерево; S - натернал одежды; 4 - лн-нолеун (красно-корнчне,-вый); £ -штукатурка гипсовая; 6 - красный кнрпнч; 7 - шиферные платы; 8 - кафель белый; 9 - керамическая олитка; 10 - бетой  5 & =з Ci 5> о 0,2 0,4 0,6 0,8 10 Поглощение излучения Рис. 1.7. Относительная поглощательная способность в зависимости от угла направления излучения относительно нормали к поверхности: I - глнва; г - стекло: S - бумага; 4 -древесина ного излучения. В то же время в соответствии с законом Кирхгофа, согласно которому коэффициенты излучения и поглощения монохроматического излучения поверхностью материалов равны, первые излучают меньше тепловой энергии, чем вторые. Коэффициент излучения поверхности серого тела С всегда меньше Со. Между ними существует зависимость С=еСо, (1.4) где е - степень черноты, или относительный коэффициент излучения поверхности (величина безразмерная); для серой поверхности е<: 1. Интенсивность интегрального излучения серой поверхности 1 а помещении равна £i = 40,1 = (ГJ100)*. Таблица l.t Значения относительного коэффициента излучения е (при температурах О-150 С) и относительного коэффициента поглощении солнечной радиации р (при температуре около вООО°С) поверхностями различных строительных материалов наименование материал и состояние поверхности  Мрамор шлифованный; серый............. темный ............ Гранит серый светлый полированный Известняк шлифованный: светлый............ темный ............ Песчаник шлифованный: желто-корнчневый ....... светлый............ красный............ Кирпич обыкновенный: красный............ светло-коричневый ....... глазурованный белый...... Бетон, гладкая поверхность .... Штукатурка: светлая ............ темная............. Дерево: неокрашенное.......... окрашенное светло-желтое .... Асбест белый........... Рубероид ............. Толь черный............ Железо-полированное .......... оцинкованное ......... Асбоцемент белый........ Алюминий: матовый............ полированный ......... Краски масляные: кармин светлый, красный .... ультрамарин (синий)..... кобальт зеленый светлый .... марс коричневый........ кобальт фиолетовый....... зелель изумрудная ....... охра золотистая ........ охра красная .......... Стекло оконное, 5 = 4,5 мм ... То же, 8 = 7 мм.........
Электронная библиотека http: tgv.khstu.ru/ Свойства поглощения и отражения зависят не только от вида материала, но и от состояния поверхности, ее температуры, длин волн излучения и угла направления излучения к поверхности. На рис. 1.6 приведен график зависимости относительных коэффициентов поглощения и отражения некоторых материалов от температуры источника падающего излучения. На рис. 1.7 показаны частные значения относительного коэффициента излучения в зависимости от угла направления излучения к поверхности. Графики на рис. 1.7 подтверждают фактические отклонения от закона Ламберта, согласно которому распределение интенсивности излучения пропорционально косинусу угла падения излучения. Для поверхностей строительных материалов эти отклонения невелики. Излучение металлов сильнее под большим углом к поверхности (исключая углы, близкие к 90°); для диэлектриков имеет место обратное явление. В узком диапазоне длин волн для интегрального излучения можно принимать, что осредненные значения коэффициентов излучения и поглощения поверхностей в помещении равны между собой. Их значения е применительно к условиям теплообмена в помещении в диапазоне температур О - 150°С приведены в табл. 1.1. Там же даны значения коэффициентов поглощения материалами солнечной радиации (при температуре излучения около 6000°С). Таким образом, довольно сложные свойства полихроматического излучения тел можно значительно упростить применительно к рассматриваемой задаче. Суммируя изложенное выше, тепловое излучение поверхностей в помещении в дальнейшем будем рассматривать как инфракрасное монохроматическое диффузное, подчиняющееся законам Стефана - Больцмана, Ламберта и Кирхгофа - излу,чение поверхностей серых тел. Воздух помещения при расчете лучистого теплообмена между поверхностями можно считать лучепрозрачной средой. Он состоит в основном из двухатомных газов (азот, кислород), которые совершенно прозрачны для тепловых лучей и сами не излучают тепловой энергии. Незначительное содержание многоатомных газов (водяной пар и углекислота) при малых толщинах слоя воздуха в помещении практически не изменяет этого свойства. § 1.4. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЯМИ ПОМЕЩЕНИЯ Каждая поверхность отдает тепло излучением и поглощает лучистое тепло, приходящее от окружающих поверхностей. Нагретые поверхности теряют боль- , о т , Рис. 1.8. Теплообмен излуче-ше тепла, чем поглощают. Более холод- е„ ду дзу„ р^. ные, наоборот, получают больше тепла, костями  Электронная библиотека http: tgv.khstu.ru/ чем отдают. Между различно нагретыми поверхностями в результате происходит теплообмен излучением. Рассмотрим в начале теплообмен излучением между двумя абсолютно черными поверхностями 1 и 2 (рис. 1.8). В соответствии с законом Стефана - Больцмана, элементарная площадка dF на поверхности / излучает во все направления в пределах полусферы количество тепла, равное dqC{Tjm)*dF. (1.6) Интенсивность излучения в направлении, нормальном к поверхности dFi, в л раз меньше dqi, т. е. rfHop = = - С„ (Г,/100)* dF,. (1.7). тс л Интенсивность излучения под углом к нормали (в направлении к элементарной площадке dF) равна d<73. = - Со (Г,/100)* cos Pidf 1. (1.8) в пределах телесного угла dm излучение тепла равно d <7i = - Со (Г^/ЮО)* GOS PidFidwi. (1.9) Телесный угол da>, определяемый dFg, равен d<o. = . (1.10) где dfjCOsPa - проекция площадки dF на сферу радиусом R с центром в dFi, когда угол между направлением излучения и нормалью к поверхности dF равен р^! R - расстояние между элементарными площадками dF и dFa. Уравнение (1.9) можно записать в виде dq = Со (П/100)* dFdF. (1.11) Уравнение, аналогичное (1.11), может быть написано для потока тепла dq, передаваемого площадкой dFa в сторону dFi. Предполагается, что поверхности абсолютно черные, поэтому все тепло излучения ими поглощается. В результате лучистого теплообмена от площадки dFi передается площадке dFi количество тепла, равное d4-2 = dq - d-q, = Со SllxdF.dF, X [(Г,/100)* - -(Г^/ЮО)*]. (1.12) Удобно воспользоваться понятием коэффициента облученности ф, который является геометрической характеристикой. Коэффициент облученности с площадки j на площадку dF. обозначим ф<гр,-dp, Он равен отношению лучистого потока, падающего с dFi на dF, ко всему потоку, излучаемому dFi (1.6), т. е. cos ?1 cos З2 dF,. (I.13> 4 Подставим это значение в (1.12) и получим = C,4! ,pdF ЦТ J100)* - (Г,/100)*1. (1.14) Теплообмен излучением между двумя поверхностями I и 2, полные площади которых равны Fi и F, можно получить двойным интегрированием уравнения (1.14) по площадям и F. Первое интегрирование дает значение количества тепла, теряемого с элементарной площадки dFi в сторону всей площади F: dQ., = СоФ,, / 1 [(Г,/100)* - (Г,/100)*]. (1.15) 1Де Фйл-, - коэффициент облученности с элементарной площадки dFi на всю поверхность 2, равный С cos Picosp, (1.16)  0,05 -  шштшшшшшяш тштчпшштшшт 0,2 0 0,5 1 2 3 5 Se/fl Рис 1.9. Коэффициент облученности с элементарной площадки на поверхность в параллельной плоскости  Рис. 1.10. Коэффициент облученности с элементарной площадки на поверхность в .перпендикулярной плоскости Для определения коэффициента облученности с элементарной площадки на поверхность для двух наиболее характерных случаев расположения поверхностей во взаимно перпендикулярных и параллельных плоскостях можно воспользоваться графиками (рис. 1.9 и 1.10). Второе интегрирование определит общее количество тепла Qi a< передаваемое излучением с поверхности / на поверхность 2: Qi-2 = СоФ1.г/1[(Л/100)* -(Г,/100)*1, (1.17) где коэффициент облученности <pi j споверх-ности/на поверхность 2, равный Фх-.-! J-rf/xF, (1.18) показывает долю лучистого потока, попадающую на поверхность 2, от всего потока, излучаемого поверхностью 1. Для определения коэффициента облученности ф^. при двух наиболее характерных случаях расположения поверхностей в помещении пользуются графиками (рис. и I.I2). Для определения коэффициента облученности с точечной сферы на поверхности любого расположения можно воспользоваться рис. 1.13. Поверхности в помещении отличаются от абсолютно черных, что осложняет задачу, так как падающая на серую поверхность лучистая энергия частично отражается. Некоторая ее часть может многократно отражаться от взаимно облучаемых серых поверхностей, пока полностью ими не поглотится. Из теории лучистого теплообмена известно, что при теплообмене монохроматическим излучениеяи двух серых поверхностей, для которых справедливы законы Ламберта и Кирхгофа, количество переданного тепла Q, 2 определяется по формуле Qi-2= в„р, ,СоФ,.г/=,[(Г,/100)* -(Г,/100)*]. (1.19) В этой формуле в отличие от (1.17) величина епр, 2 есть приведенный относительный коэффициент излучения при теплообмене между двумя серыми поверхностями. Для определения Бдр можно рассмотреть три простейших случая. 1. Для двух параллельных поверхностей, расстояние между которыми мало по сравнению с их размерами (коэффициент облученности Ф -2 = 1. так как практически все излучение одной поверхности попадает на другую). Отраженные лучи полностью возвращаются на излучающую поверхность и так до полного поглощения. Приведенный относительный коэффициент излучения теплообменивающихся поверхностей для этого случая равен где е, и 62 - относительные коэффициенты излучения поверхностей. 2. Поверхность со всех сторон окружена другой поверхностью. Это сфера в сфере, цилиндр в цилиндре или просто невогнутая поверхность, окруженная большей поверхностью такой же геометрии. В этом    Рис. 1.11. Коэффициент облученности с поверхности на поверхность, расположенную в параллельной плоскости Рис. 1.12. Коэффициент облученности с поверхности на поверхность, расположенную в перпендикулярной плоскости Рис. I..13. Коэффициент облученности с точечной сферы на no-вер хность случае, если меньшая поверхность имеет -площадь Fj, а большая Fy величина eopj.g равна - . (1.21) lAi + fi/fa (1/2-1) 3. Если поверхности малы или велико расстояние между ними, то часть отраженного излучения, возвращающаяся на излучающую поверхность, становится пренебрежимой. В этом случае (1.22) пр 1-а - Формула (1.22) определяет наинизший предел значения е пр>а Наибольшее значение епр,. = Ej соответствует второму случаю (1.21) при Fj/f 2 0. Формула (1.20) дает среднее^ между этими крайними пределами значение бцр. При произвольном расположе- 1,0 0,S
в 0,2 Of 0,1 0,д НИИ поверхностей точно определить е сложно. Величина бцр будет находиться между значениями, определенными формулами (1.20) и (1.22). Поверхности в помещении имеют большие значения коэффициентов излучения. Для них разница при определении бпр по формулам (1.20) и (1.22) невелика. На рис. 1.14 приведены гра- Рис. 1.14. Приведенные коэффициенты излучения: --по формуле (1.22); ----по формуле (1.20) фики значений бпр, построенные по этим (формулам. Угловые коэ(})фициенты облученности практически для всех возможных случаев взаимного расположения поверхностей в помещении могут быть определены с помощью графиков рис. 1.9-1.13 и по формулам табл. 1.2 Эти формулы выведены на основе свойств лучистых потоков [i.2i1. Лучистым потоком в данном случае называется геометрическая характеристика, равная произведению площади излучающей поверхности на коэффициент облученности с этой поверхности на другую, лучистый поток на которую определяется. При определении коэффициентов облученности пользуются тремя основными свойствами лучистых потоков. Свойство замкнутости лучистых потоков состоит в том, что сумма коэффициентов облученности с поверхности / в сторону всех окружающих поверхностей / равна единице: 2Ф1-у=1- (1-23) Свойство замкнутости лучистых потоков позволяет, например, проверить правильность определения всех коэффициентов сблучен-ности с одной поверхности в помещении в сторону всех остальных поверхностей. Уравнение (1.23)не удовлетворяется, например, в случае, если поверхность / является вогнутой, так как при наличии вогнутости часть лучей попадает на саму поверхность и в лучистом обмене с окружающими поверхностями не участвует. 1 2 3 4 5 ... 42 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||