Особенности излучения и поглощения в газах

Законы излучения и поглощения газами имеют ряд существенных отличий от законов излучения и поглощения твердыми телами и жидкостями. Причина заключается в том, что газы излучают и поглощают энергию свободными или почти свободными атомами и молекулами, а жидкости и твердые тела — большим количеством сильно связанных между собой атомов.

Первая особенность, которую надо учитывать в теплофизических расчетах, заключается в том, что спектры излучения и поглощения газов имеют селективный (избирательный) характер, т. е. газы излучают и поглощают энергию лишь в определенных интервалах длин волн, которые называются полосами излучения и поглощения. Одноатомные и двухатомные газы почти полностью пропускают тепловое излучение, поэтому поглощение в них обычно не учитывают. Полосы излучения и поглощения трехатомных и многоатомных газов известны и приводятся в справочниках. Например, углекислый газ имеет три основные полосы: от 2.36 до 3.02 мкм, от 4.01 до 4.8 мкм и от 12.5 до 16.5 мкм; водяной пар имеет полосы поглощения от 2.24 до 3.27 мкм, от 4.8 до 8.5 мкм и от 12 до 25 мкм.

Вторая особенность заключается в том, что, в отличие от твердых тел, излучение и поглощение энергии в газах происходит не в поверхностном слое их оболочек, а во всем объеме; при этом по мере прохождения излучения от внутренних областей к внешним часть энергии поглощается, из-за чего плотность мощности теплового излучения газа, строго говоря, оказывается пропорциональной не четвертой, а более низкой степени абсолютной температуры. Например, для углекислого газа эта степень ~ 3.5; для водяного пара ~ 3. Однако для практических расчетов часто по-прежнему используют формулы вида (3.104), (3.106), (3.113), вводя в них эмпирические поправочные коэффициенты.

Эти особенности серьезно затрудняют расчеты теплообмена с участием газов и делают их весьма приближенными. Для повышения точности надо использовать эмпирические формулы, справедливые при определенных условиях, и специальные графики, приводимые в справочной литературе.

Таблица 3.6

Усредненные значении коэффициентов поглощении (степени черноты) некоторых материалов.