Законы теплового излучения

Закон Кирхгофа: лучеиспускание обуславливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности.

Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерения теплового излучения.

Закон Стефана-Больцмана: с повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры:

E = у • T4 [Вт/м²] (1).

Е — мощность излучения;

у — постоянная Стефана-Больцмана, равная 5.67 032 • 10−8.

Вт•м-2•К-4; Т — абсолютная температура, К (Кельвин).

В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением. Используя этот закон можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле:

Е = С1С2•у (Т14-Т24) (2).

Е — теплоотдача, Вт/м, С1 и С2 — константы излучения с поверхностей, у — постоянная Стефана-Больцмана; Т1 и Т2 — температуры поверхностей (°К), между которыми происходит теплообмен излучением.

При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).

Закон Вина: произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (л макс) с максимальной энергией — величина постоянная лмакс • Т = С (3).

где: С=2880; Т — абсолютная температура °К; л — длина волны в мкм.

Исходя из закона Вина, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

лмакс = С / Т (4).

Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 Вт/м² до 13 956 Вт/м². К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м².

В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность излучения составляет 1392−3480 Вт/м².

В производственных помещениях с большим тепловыделением (горячие цеха) доля тепла, приходящее на инфракрасное излучение, может составлять до 2/3 выделяемого тепла и только 1/3 составляет конвекционное тепло, т. е. тепло, передающееся при контакте с нагретым воздухом.

Основная физическая характеристика инфракрасного излучения — интенсивность излучения (плотность потока) Е (Вт/м²) зависит от температуры излучателя, его площади и расстояния до исследуемой точки пространства и определяется по следующим формулам:

При R? vS.

Eu = (5).

При R < vS.

Eu = (6).

где S — площадь поверхности излучателя, м2,.

Тu — абсолютная температура излучателя, °К,.

R — расстояние от излучателя до точки замера, м.