Itt az olvasó általános információkat talál arról, hogy mi a hőátadás, és részletesen megvizsgálja a sugárzó hőátadás jelenségét, bizonyos törvények betartását, a folyamat jellemzőit, a hő képletét, felhasználását. az ember hőátadásáról és a természetben való áramlásáról.
Belépés a hőcserélőbe
A sugárzó hőátadás lényegének megértéséhez először meg kell értenie a lényegét, és tudnia kell, mi az?
A hőátadás a belső típusú energiaindex változása a tárgyon vagy alanyon végzett munka, illetve a test által végzett munka nélkül. Egy ilyen folyamat mindig meghatározott irányban megy végbe, nevezetesen: a hő a magasabb hőmérsékleti indexű testről az alacsonyabb hőmérsékletű testre halad át. A testek közötti hőmérsékletkiegyenlítés elérésekor a folyamat leáll, és hővezetés, konvekció és sugárzás segítségével megy végbe.
- A hővezetés az a folyamat, amelynek során a belső energiát egyik testrészről a másikra vagy testek között átadják, amikor érintkeznek egymással.
- A konvekció a hőátadás eredményeenergiaátadás folyadék- vagy gázáramlással együtt.
- A sugárzás elektromágneses természetű, amelyet egy bizonyos hőmérsékletű anyag belső energiája bocsát ki.
A hőképlet lehetővé teszi a számítások elvégzését az átvitt energia mennyiségének meghatározásához, azonban a mért értékek a folyamatban lévő folyamat természetétől függenek:
- Q=cmΔt=cm(t2 – t1) – fűtés és hűtés;
- Q=mλ – kristályosodás és olvadás;
- Q=mr - gőzkondenzáció, forrás és párolgás;
- Q=mq – tüzelőanyag elégetése.
A test és a hőmérséklet kapcsolata
Ahhoz, hogy megértsük, mi a sugárzó hőátadás, ismernie kell az infravörös sugárzásra vonatkozó alapvető fizikai törvényeket. Fontos megjegyezni, hogy minden test, amelynek hőmérséklete abszolút értékben nulla felett van, mindig hőenergiát sugároz. Az elektromágneses természetű hullámok infravörös spektrumában található.
Azonban a különböző testek azonos hőmérsékletűek eltérően képesek sugárzó energiát kibocsátani. Ez a jellemző számos tényezőtől függ, mint például: test felépítése, természete, alakja és felületi állapota. Az elektromágneses sugárzás természete a kettős, korpuszkuláris hullámra utal. Az elektromágneses típusú mező kvantum jellegű, kvantumait fotonok ábrázolják. Az atomokkal kölcsönhatásba lépve a fotonok elnyelődnek és energiájukat elektronoknak adják át, a foton eltűnik. Energiakitevő hőingadozásaz atom a molekulában növekszik. Más szavakkal, a kisugárzott energia hővé alakul.
A kisugárzott energiát tekintjük a fő mennyiségnek, és a W jellel jelöljük, joule-ban (J) mérve. A sugárzási fluxus a teljesítmény átlagos értékét fejezi ki egy időtartam alatt, amely sokkal nagyobb, mint a rezgések periódusai (az időegység alatt kibocsátott energia). Az adatfolyam által kibocsátott mértékegységet joule per másodpercben fejezik ki (J / s), a watt (W) az általánosan elfogadott lehetőség.
Bevezetés a sugárzó hőátadásba
Most többet a jelenségről. A sugárzó hőátadás a hőcsere, az egyik testről a másikra történő átvitel folyamata, amelynek hőmérsékleti indexe eltérő. Infravörös sugárzás segítségével jön létre. Elektromágneses, és az elektromágneses természetű hullámspektrumok tartományaiban található. A hullámtartomány 0,77 és 340 µm között van. A 340 és 100 µm közötti tartományok hosszúhullámúnak számítanak, a 100 és 15 µm közöttiek a középhullámok tartományába tartoznak, a rövid hullámhosszok pedig 15 és 0,77 µm között.
Az infravörös spektrum rövidhullámú része a látható fénnyel szomszédos, a hullámok hosszúhullámú része pedig az ultrarövid rádióhullámba kerül. Az infravörös sugárzást egyenes vonalú terjedés jellemzi, képes megtörni, visszaverni és polarizálni. Képes behatolni egy sor olyan anyagba, amely a látható fény számára átlátszatlan.
Más szóval a sugárzó hőátadás jellemezhető átvitelkénthő elektromágneses hullámenergia formájában, miközben a folyamat olyan felületek között megy végbe, amelyek kölcsönös sugárzásban vannak.
Az intenzitási indexet a felületek kölcsönös elrendezése, a testek emissziós és elnyelő képessége határozza meg. A testek közötti sugárzó hőátadás abban különbözik a konvekciós és hővezetési folyamatoktól, hogy a hő vákuumon keresztül továbbítható. Ennek a jelenségnek a hasonlósága másokkal a különböző hőmérsékleti indexű testek közötti hőátadásnak köszönhető.
Sugárzási fluxus
A testek közötti sugárzó hőátadás bizonyos számú sugárzási fluxussal rendelkezik:
- A belső sugárzási fluxus - E, amely a T hőmérsékleti indextől és a test optikai jellemzőitől függ.
- A beeső sugárzás áramlásai.
- Elnyelt, visszavert és átvitt sugárzási fluxusok. Összegezve: Epad.
A környezet, amelyben hőcsere történik, elnyelheti a sugárzást, és bevezetheti a sajátját.
A bizonyos számú test közötti sugárzó hőcserét egy effektív sugárzási fluxus írja le:
EEF=E+EOTR=E+(1-A)EFAD. A testeket, bármilyen hőmérsékleten, L=1, R=0 és O=0 mutatóval, "abszolút feketének" nevezzük. Az ember megalkotta a „fekete sugárzás” fogalmát. Hőmérséklet-mutatóival a test egyensúlyi állapotának felel meg. A kibocsátott sugárzási energiát az alany vagy tárgy hőmérséklete alapján számítják ki, a test természete ezt nem befolyásolja.
A törvények betartásaBoltzmann
Ludwig Boltzmann, aki 1844-1906 között az Osztrák Birodalom területén élt, megalkotta a Stefan-Boltzmann törvényt. Ő volt az, aki lehetővé tette az embernek, hogy jobban megértse a hőcsere lényegét, és információval működjön, az évek során javítva azt. Fontolja meg a megfogalmazását.
A Stefan-Boltzmann törvény egy integrál törvény, amely leírja az abszolút fekete testek néhány jellemzőjét. Lehetővé teszi egy fekete test sugárzási teljesítménysűrűségének a hőmérsékleti indexétől való függését.
A törvény betartása
A sugárzó hőátadás törvényei betartják a Stefan-Boltzmann törvényt. A hővezetésen és a konvekción keresztül történő hőátadás intenzitása arányos a hőmérséklettel. A hőáramban lévő sugárzási energia a hőmérséklettel arányos a negyedik hatványig. Így néz ki:
q=σ A (T14 – T2 4).
A képletben q a hőáram, A a test energiáját kisugárzó felülete, T1 és T2 a testet kibocsátó hőmérséklet és a környezet, amely elnyeli ezt a sugárzást.
A hősugárzás fenti törvénye pontosan csak az abszolút fekete test (a.h.t.) által létrehozott ideális sugárzást írja le. Az életben gyakorlatilag nincsenek ilyen testek. A lapos fekete felületek azonban megközelítik az A. Ch. T. A fénytestek sugárzása viszonylag gyenge.
Bevezetünk egy emissziós tényezőt, amely figyelembe veszi az ideálistól való eltérést számosmennyisége s.t. a Stefan-Boltzmann törvényt magyarázó kifejezés jobb komponensébe. Az emissziós index egynél kisebb értékkel egyenlő. Egy lapos fekete felület ezt az együtthatót 0,98-ra növelheti, míg egy fémtükör nem haladja meg a 0,05-öt. Ezért az abszorbanciák magasak a fekete testeknél és alacsonyak a tükör testeknél.
A szürke testről (s.t.)
A hőátadás során gyakran említik a szürke test kifejezést. Ez az objektum egy olyan test, amelynek az elektromágneses sugárzás spektrális abszorpciós együtthatója kisebb, mint egy, amely nem a hullámhosszon (frekvencián) alapul.
A hőkibocsátás azonos az azonos hőmérsékletű fekete test sugárzásának spektrális összetétele szerint. A szürke test az energiakompatibilitás alacsonyabb mutatójában különbözik a feketétől. Az s.t. spektrális feketeségi szintjéig. a hullámhossz nem befolyásolja. Látható fényben a korom, a szén és a platinapor (fekete) közel van a szürke testhez.
Hőátadási ismeretek alkalmazási területei
A hőkibocsátás folyamatosan zajlik körülöttünk. Lakó- és irodahelyiségekben gyakran találhatók hősugárzással foglalkozó elektromos fűtőtestek, és ezt egy spirál vöröses fénye formájában látjuk - az ilyen hő a láthatóhoz tartozik, „áll” a szélén. infravörös spektrum.
A helyiség fűtése valójában az infravörös sugárzás egy láthatatlan összetevőjével jár. Éjjellátó készülék érvényeshősugárforrás és infravörös sugárzásra érzékeny vevők, amelyek lehetővé teszik a sötétben való jól navigálást.
Napenergia
A nap méltán a termikus természetű energia legerősebb kibocsátója. Százötvenmillió kilométeres távolságból melegíti bolygónkat. A napsugárzás intenzitása, amelyet évek óta és a Föld különböző részein található különböző állomások rögzítettek, körülbelül 1,37 W/m2.
A Nap energiája az élet forrása a Földön. Jelenleg sok elme azzal van elfoglalva, hogy megtalálja a leghatékonyabb felhasználási módot. Ma már ismerünk olyan napelemeket, amelyek képesek fűteni a lakóépületeket, és energiát szolgáltatnak a mindennapi szükségletekhez.
Zárásként
Összefoglalva, az olvasó most meghatározhatja a sugárzó hőátadást. Ismertesse ezt a jelenséget az életben és a természetben! A sugárzási energia az átvitt energiahullám fő jellemzője egy ilyen jelenségnél, és a felsorolt képletek megmutatják, hogyan kell kiszámítani. Általánosságban elmondható, hogy a folyamat maga a Stefan-Boltzmann törvénynek engedelmeskedik, és természetétől függően három formája lehet: a beeső sugárzás fluxusa, a saját típusú sugárzás, valamint a visszavert, elnyelt és továbbított.
