Тепломассообмен : радиационный теплообмен

УДК 669.041:536.331 

К84 

К84 
Крупенников С.А. 
Тепломассообмен: 
Радиационный 
теплообмен: Курс лекций. – М.: МИСиС, 2001. –56 с. 

Курс лекций для студентов, обучающихся по специальности 1103 
"Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей", посвящен 
изучению физической сущности и методов математического описания 
процессов радиационного теплообмена, протекающих в промышленных 
печах. Составлен в соответствии с программой курса "Тепломассообмен". 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2001 

КРУПЕННИКОВ Сергей Алексеевич 

ТЕПЛОМАССООБМЕН 

Раздел: Радиационный теплообмен 

Курс лекций 
для студентов специальности 1103 

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.К. Климушкин 

Редактор Л.М. Цесарская 

Объем 56 стр.  
Тираж 66  экз. 

Заказ 
Цена  
Регистрационный   № 475 

Московский государственный институт стали и сплавов, 
119991, Москва, Ленинский пр-т, 4 
Отпечатано в типографии издательства «Учеба» МИСиС,  
117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение ...........................................................................................5 
1. Основные понятия, определения и законы  

радиационного теплообмена .....................................................6 
1.1. Поток излучения и плотность потока излучения ..............6 
1.2. Поглощенное, отраженное и пропущенное излучение.....6 
1.3. Собственное излучение тела................................................7 
1.4. Эффективное излучение тела ..............................................9 
1.5. Угловая плотность потока излучения.................................9 
1.6. Спектральная плотность потока излучения.....................11 
1.7. Спектральная угловая плотность потока излучения.......13 
1.8. Соотношения между различными видами плотностей 
потоков излучения .............................................................14 

1.9. Спектральные радиационные характеристики тела........14 
1.10 Закон Кирхгофа..................................................................16 
1.11. Селективность радиационных свойств реальных тел...17 
1.12. Поток результирующего излучения................................19 

2. Расчет радиационного теплообмена в диатермической среде.........20 

2.1. Угловые коэффициенты излучения ..................................21 
2.2. Расчет угловых коэффициентов излучения методом 
прямого интегрирования ...................................................23 

2.3. Система зональных уравнений..........................................25 
2.4. Расчет РТО в системе, образованной двумя 
поверхностями....................................................................26 

2.5. Расчет РТО в системе, образованной тремя  

поверхностями, одна из которых является адиабатной........29 

2.6. Радиационный теплообмен при наличии экранов...........32 

3. Радиационные свойства поглощающей и излучающей среды.....35 

3.1. Спектральная поглощательная способность газового 
объема .................................................................................35 

3.2. Спектральная степень черноты газового объема ............38 
3.3. Эффективная длина пути луча ..........................................41 
3.4. Интегральные радиационные характеристики газового объема ..42 

3.5. Описание радиационных свойств поглощающей и 
излучающей среды в сером приближении...................... 44 

4. Расчет радиационного теплоомена в поглощающей и 
излучающей среде..................................................................... 45 
4.1. Обобщенные угловые коэффициенты излучения........... 46 
4.2. Система зональных уравнений......................................... 48 
4.3. Расчет радиационного теплообмена в системе газ – оболочка.... 50 
4.4. Расчет радиационного теплообмена в системе  

 газ – кладка – металл......................................................... 50 

5. Учет селективности радиационных свойств тел.................... 53 

5.1. Использование приближенных формул для  

интегральных поглощательных способностей............... 54 

5.2. Использование закона Кирхгофа для спектральных 
радиационных характеристик.......................................... 54 

ВВЕДЕНИЕ 

Феноменологическая 
теория 
радиационного 
теплообмена (РТО) не рассматривает механизм взаимодействия излучения с 
веществом. В рамках этой теории принимается, что каждое тело испускает электромагнитное излучение, а теплообмен между телами 
происходит в результате распространения электромагнитных волн, 
энергия которых при взаимодействии с веществом переходит в тепло. 
Основные соотношения теории РТО следуют из законов термодинамики и излучения абсолютно черного тела. При этом радиационные 
свойства реальных тел, определяющие характер их собственного излучения, а также поведение по отношению к падающему на них излучению других тел, описываются некоторыми эмпирическими величинами, такими как степень черноты, поглощательная, отражательная и пропускательная способность. 

Тепловому излучению соответствует интервал длин волн  
от 0,4 до 25 мкм, включающий оптический диапазон (0,4…0,8 мкм) и 
ближнюю инфракрасную область (0,8…25 мкм). Именно на этот интервал длин волн приходится основная доля теплообмена излучением 
в промышленных теплотехнических агрегатах. 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, 
ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЗАКОНЫ 
РАДИАЦИОННОГО ТЕПЛООБМЕНА 

1.1. Поток излучения и плотность 
потока излучения 

Количественное описание свойств теплового излучения основано на понятиях потока излучения и плотности потока излучения. 
Потоком излучения Q (Вт) называется количество лучистой энергии, 
переносимое через некоторую поверхность площадью F за единицу 
времени. Плотностью потока излучения q (Вт/м2) называется отношение потока излучения dQ, приходящегося на элементарную поверхность dF, к величине этой поверхности: q=dQ/dF. При известном 
распределении плотности потока излучения q по поверхности F полный поток Q определяется интегрированием по этой поверхности: 
. Если плотность потока излучения равномерно распреде
лена по поверхности F, приведенные соотношения упрощаются: 
q=Q/F и Q=qF. При этом плотность потока излучения равна потоку 
излучения, приходящемуся на единицу площади поверхности F. 

∫
=

F
qdF
Q

1.2. Поглощенное, отраженное и 
пропущенное излучение 

Пусть на тело, участвующее в РТО, падает излучение, поток 
которого равен Qпад. Часть падающего излучения поглощается телом. 
Доля, которую поток поглощенного излучения Qпогл составляет от 
потока падающего излучения, называется поглощательной способностью тела A, т.е.: Qпогл  = AQпад. Часть падающего излучения может 
отражаться от поверхности тела. Доля, которую поток отраженного 
излучения Qотр составляет от потока падающего излучения, называет