От чего зависит степень черноты

10

13. Что такое степень черноты?

Коэффициент излучения (или степень черноты) — ε показывает отношение энергии теплового излучения ‘серого тела’ согласно Закону Стефана Больцмана, к излучению ‘абсолютно черного тела’ при той же температуре. Коэффициент излучения абсолютно черного теле ε = 1.

Факел в печи должен обладать высокой лучеиспускательной (радиационной) способностью, так как в противном случае трудно или невозможно осуществить плавку. Лучеиспускательная -способность каждого участка факела (плотность собственного излучения) Еф определяется eгo степенью черноты Еф и абсолютной температурой в четвертой степени:

­­rде СО ­ коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

­Чем больше к­онцентрация излучающих газов и сажистого углерода в факеле, тем больше степень черноты (при одних и тех же толщине излучающего слоя и температуре газов) и тем интенсивнее излучает факел. При сжигании топлив, не дающих светящегося факела (например, природного газа или генераторного газа), для придания факелу светимости eгo карбюрируют путем дополнительного сжиrания жидких топлив, богатых высокомолекулярными углеводородами (смолы, мазута).

14. Средняя эффективная длина луча.

Средняя эффективная длина луча в сварочной и методической зонах:

, м; , м.

Среднюю эффективную длину луча определим по формуле [4, c.17]:,

V-объем рабочего пространства печи; F- сумма площадей поверхностей ограничивающих рабочее пространство

15. Чем определяется диаметр дымовой трубы.

Расчет диаметра дымовой трубы определяется мощностью отдельных котлов или котельной в целом для прохождения определенного объема дымовых газов из котлов при определении температуры газов.

Тогда диаметр в устье:

d_{тр 2} = (4·m·B·V_г/(π· ω _{тр 2})) 0,5 , м. (115)

Из практических соображений d_{тр 2} принимается не менее 0,8 м. Диаметр трубы у основания:

d_{тр 1} = 1,5· d_{тр 2}.

Средний диаметр трубы:

d_тр = 0,5· ( d_{тр 1} + d_{тр 2}).

Приведенная скорость дымовых газов у основания трубы:

ω _{тр 1} = (4·m·B·V_г/(π·d_{тр 1})) 0,5 , м/с

16. Как повлияет на расчёты изменение степени черноты газа?

Степень черноты газов в сварочной и методической зонах определяется по приложениям 5 и 6. Параметром на графиках является произведение парциального давления газов на среднюю эффективную длину луча.

Парциальное давление газов:

, Па; , Па. (10)

Температуру газов в сварочной зоне t_св считаем постоянной, предварительно принимаем на 50 °С выше температуры поверхности металла в конце нагрева.

Средняя температура газов в методической зоне:

где t_yx — температура уходящих газов (t_yx = 800 – 1000 °С).

Степень черноты продуктов сгорания для сварочной и методической зоны определяется по формулам:

; (11)

где β — поправочный коэффициент, учитывающий совместное действие CO₂ и Н₂О (определяем по приложению 7).

Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:

в сварочной зоне и методической зонах:

;

Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки на металл:

(15)

(16)

По найденным значениям и находим его среднее значение

Вт/(м 2 ·К 4 ), (17)

которым пользуются при дальнейших расчетах.

Все эти изменения повлияют на:

Расчетная температура газов в сварочной зоне

— количество тепла, уносимого уходящими газами из сварочной зоны кДж/м 3 где — энтальпия продуктов сгорания, соответствующая температуре , кДж/м 3 ;

Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной зоне:

удельный тепловой поток в начале зоны:

Вт/м 2 ,

удельный тепловой поток в конце зоны:

Вт/м 2 ,

17. ψ — коэффициент диафрагмирования.

Потери тепла излучением через открытые окна

В сварочной зоне через окно выдачи площадью D·h_выд м 2 ,

,

– коэффициент диафрагмирования (при толщине лобовой стенки 690 мм и высоте окна 500 мм можно принять ).

Он зависит от толщины стенки, ширины и высоты окна. Чем больше площадь окна тем больше этот коэффициент, а чем больше толщина тем этот коэффициент меньше.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Степень черноты тел зависит главным образом от физико-химических свойств и состояния их поверхности — гладкая она или шероховатая. Гладкая поверхность имеет меньшую степень черноты, чем шероховатая. В отличие от видимых световых лучей цвет и окраска тел для поглощения и отражения тепловых лучей не имеют существенного значения.  [6]

Степенью черноты тела называется отношение энергии излучения данного тела к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре.  [7]

Если степень черноты тела или его поглощательная способность не остаются постоянными при изменении длины волны излучения, то о таком теле говорят, что оно обладает селективным излучением.  [8]

Поэтому степень черноты тела , как видно из (10.13), не может быть меньше нуля и больше единицы. Непрозрачные тела, у которых а 0, не излучают и не поглощают электромагнитные волны: они полиостью отражают падающее на них излучение. Если при этом отражение происходит по законам геометрической оптики ( угол падения равен углу отражения), то тело называется зеркальным.  [9]

Определить степень черноты тела и длину волны, при которой наблюдается максимум спектральной интенсивности излучения.  [10]

Что называется степенью черноты тела .  [11]

Коэффициент е определяет степень черноты тела , его значение меняется от 0 для абсолютно белого тела до 1 для абсолютно черного тела. Большинство технических материалов, как показывает опыт, являются серыми телами.  [13]

Здесь е — степень черноты тела или относительная излучательная способ ность различных поверхностей.  [14]

Всех длин волн одно и тоже.

Степень черноты тела зависит от природы вещества, его температуры и ря­да других факторов. Значительное влияние на степень черноты твердых тел оказывает состояние их поверхности. Так, например, чистые полированные поверхности имеют значительно меньшую степень черноты, чем шероховатые или покрытые окисной пленкой.

Значения степени черноты, необходимые для проведения инженерных расчетов лучистого теплообмена, находятся опытным путем и при­водятся в справочной литературе.

2. Закон Кирхгофа. Рассмотрим теплообмен излучением между двумя плоскими стенками (рис. 3.2), одна из которых – реальное тело, а другая – абсолютно черное тело. Плотности потоков излучения их соответственно равны Е_T и Е_{T 0}, а поглощательные способности А и А ₀=1.

Излучение реального тела полностью поглощается абсолютно черным телом. Реальное же тело поглощает лишь часть падающей на него энергии, излучаемой абсолютно черным телом АЕ_{T 0}; остальная часть (1- А) Е_{T 0} им отражается и, попадая на абсолютно черное тело, полностью поглощается.

Примем, что температуры этих тел одинаковы, следовательно, они находятся в тепловом равновесии. Поэтому

Отношение является математическим выражением закона Кирхгофа, который формулируется следующим образом: отношение плотности потока излучения реального тела Е_T к его поглощательной способности А не зависит от природы тела и равно плотности потока излучения абсолютно черного тела .

Поскольку , а согласно закону Кирхгофа , то, сравнивая эти выражения, получим, что для реального (серого) тела степень черноты равна его коэффициенту поглощения, т.е. e = А.

Таким образом, чем больше поглощает данное тело лучистой энергии в данном диапазоне длин волн и при данной температуре (т.е. чем больше при этом его коэффициент поглощения А), тем сильнее оно и излучает её в тех же условиях (т. е. тем больше и его степень черноты e).

Если данное тело не создает теплового излучения с какой-либо длиной вол­ны, то оно при данной температуре и не поглощает его, т.е. прозрачно для лучей с данной длиной волны.

Закон Кирхгофа верен и лля монохроматического излучения:

Отсюда следует, что с учетом формулы , для всякого монохроматического излучения .

Большинство применяемых в технике неметаллических твердых тел могут рассматриваться в инженерных расчетах как серые. Но для металлов e_l сохраняет более или менее постоянное значение только в ограниченном диапазоне длин волн.

3. Спектральный состав излучения абсолютно черного тела определяется законом Планка, основанном на квантовой теории излучения, а также законом смещения Вина.

Согласно Планку спектральная плотность потока излучения абсолютно черного тела равна ,

где с = 3×10 8 м/с – скорость света в вакууме, h = 6,626×10 -34 Дж×с – постоянная Планка и k = 1,38×10 -23 Дж/К – постоянная Больцмана. (Эта формула прекрасно согласуется с опытом).

Характер распределения Е _{l Т 0} по длинам волн излучения показан (при различных температурах) на рис. 3.1. Как видно, интенсивность излучения с ростом температуры резко растет при всех длинах волн, но максимум спектральной плотности потока излучения смещается при этом в сторону более коротких волн. Положение этого максимума вместо приведенной выше формулы можно определить более просто, используя закон смещения Вина, согласно которому

где b = 2,9 мм×К – постоянная Вина.

Тепловое излучение реальных тел по своему спектральному составу может существенно отличаться от излучения абсолютно черного тела. Типичные примеры приведены на рис. 3.2, где для сравнения штриховой линией показано распределение спектральной плотности потока излучения абсолютно черного тела по длинам волн при данной температуре.

Одноатомные газы имеют линейчатый спектр (рис. 3.2 а), каждая линия которого соответствует переходу электронов в атоме с более высокого возбужденного уровня на более низкий, сопровождающемуся практически монохроматическим излучением.

Многоатомные газы имеют полосатый спектр (рис. 3.2 б), так как в них излучение может происходить не только при изменении уровня энергии электронов, но и при одновременном изменении уровня возбуждения колебательных и вращательных степеней свободы молекулы, приводящем к расширению диапазона длин излучаемых волн.

Твердые и жидкие тела имеют обычно сплошной спектр (рис. 3.2 в), причем распределение спектральной плотности потока излучения по длинам волн в нем может быть самым различным, за исключением серого тела (рис. 3.2 г), у которого оно подобно таковому для абсолютно черного тела.

Но во всех рассмотренных случаях излучение реального тела при данной температуре и длине волны меньше, чем у абсолютно черного тела (рис. 3.3).

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

почему степень черноты зависит от температуры?

Потому-что при нагреве меняются свойства поверхности. Если о нагреве металлов говорить, они окалиной покрываются, т. е. на поверхности другое вещество, уже оксид этого металла, а не сам металл. Может еще какая нибудь фигня влияет.
Мне бы точки найти при каких температурах какие степени черноты для разных сталей!

Оракул, сколько тело отражает, столько и поглощает (в случае если находится в тепловом равновесии), и степень черноты не сказывается на его температуре, сказывается на времени нагрева и охлаждения