A4.4. Procesy cieplne. Promieniowanie ciał stałych.Przenikanie ciepła.pdf

(1439 KB) Pobierz
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Procesy cieplne.
Promieniowanie ciał stałych
Przenikanie ciepła
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Promieniowanie ciał stałych
W tym przypadku energia cieplna jest przenoszona przez fale elektromagnetyczne
o długości od 0,1 do 100µm. Do procesów ogrzewania wykorzystuje się zazwyczaj
zakres długości fal elektromagnetycznych od 4 do 40µm.
Promieniowanie nie wymaga środowiska materialnego, zachodzi więc także w próżni,
ale wymaga ośrodka o dostatecznej przezroczystości.
Promieniowanie ciał jest szczególnie zauważalne przy wysokich temperaturach, przy
czym maksymalną emisję promieniowania wykazują ciała doskonałe czarne. Ciała
rzeczywiste, zwane szarymi, emitują odpowiednio mniej energii.
E
�½
E
c
gdzie:
- współczynnik emisji E - ilość energii emitowanej przez ciało rzeczywiste, E
c
ilość energii emitowanej przez ciało doskonale czarne
Współczynnik emisji jest funkcją temperatury i jakości w tym głównie gładkości
powierzchni promieniującej.
Wykład: Procesy cieplne. Promieniowanie ciał stałych
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Ciała stałe emitują promieniowanie o wszystkich długościach fal (promieniowanie
ciągłe), ale energia promieniowania jest zależna od długości fali i temperatury.
Zależność tę ujmuje równanie Plancka:
dE
�½
c
1
d
5
c
2
exp
 
T
1
gdzie: c
1
, c
2
- stałe;
temperatury ciała, K.
λ - długość fali energii promienistej, m;
T
– przedział
Przebieg izoterm obrazujących fakt przesuwania
maksimum energii promieniowania ze wzrostem
temperatury w kierunku fal krótszych.
Rys. 1. Rozkład energii promieniowania
Wykład: Procesy cieplne. Promieniowanie ciał stałych
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
Ilość wypromieniowanej energii w zależności od temperatury promieniującego ciała
określa prawo Stefana-Bolzmanna, które można zapisać następująco:
T
q
�½  
c
o
100
4
gdzie: q - gęstość strumienia wypromieniowywanej energii, W/m
2
; ε - współczynnik
emisji (zdolność emisyjna); c
o
- stała promieniowania ciała doskonale czarnego,
równa 5,77 W/(m
2
·K); T - temperatura powierzchni ciała, K.
Intensywność przepływu ciepła między powierzchniami dwóch ciał na drodze
promieniowania zależy od temperatury obu ciał oraz od wzajemnego położenia tych
powierzchni.
Z praktycznego punktu widzenia istotne są cztery przypadki:
a) przepływ ciepła na drodze promieniowania między dwoma równoległymi
powierzchniami,
Wykład: Procesy cieplne. Promieniowanie ciał stałych
Inżynieria procesowa w gospodarce odpadami
b) przepływ ciepła na drodze promieniowania między powierzchniami, gdy jedna
zawarta jest wewnątrz drugiej,
c) przepływ ciepła, gdy obie powierzchnie tworzą jedną powierzchnię zamkniętą,
d) dowolne wzajemne ustawienie powierzchni promieniującej i odbierającej energię
promieniowania (prawo Lamberta)
Ad a) Dla przypadku dwóch równoległych powierzchni należy przyjąć, że
powierzchnie te są położone na tyle blisko, że całe ich promieniowanie zachodzi tylko
między tymi powierzchniami i nie rozprasza się. Ilość ciepła wymienionego między
dwoma równoległymi i równymi powierzchniami o temperaturach T
1
i T
2
jest opisana
zależnością:
4
4
Q
1
2

T
1
 
T
2
 
�½ 
1
2
A
c
o
 
 
 

100
 
100
 
gdzie: ε
1-2
- zastępcza zdolność emisji obu powierzchni.
Wykład: Procesy cieplne. Promieniowanie ciał stałych
Zgłoś jeśli naruszono regulamin