Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 7 - TS. Lê Xuân Tuấn

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 7: Trao đổi nhiệt bức xạ, cung cấp cho người học những kiến thức như Những khái niệm cơ bản về trao đổi nhiệt bức xạ; các định luật cơ bản về bức xạ; tính trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa các vật trong môi trường trong suốt; bức xạ chất khí;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 7 - TS. Lê Xuân Tuấn Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ 11 Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ 22 1 Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ 3 7.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 7.1.1. Trao đổi nhiệt bức xạ - Mọi vật có nhiệt độ khác 0K đều có khả năng bức xạ năng lượng. Các dao động điện từ được truyền đi trong không gian đập đến một vật nào đó, được vật đó hấp thụ một phần hoặc toàn bộ để biến thành nhiệt năng. - Như vậy, quá trình trao đổi nhiệt bức xạ: nhiệt năng biến thành năng lượng bức xạ, năng lượng bức xạ biến thành nhiệt năng. - Là phương thức trao đổi nhiệt được thực hiện bằng sóng điện từ.3 Chương 7. Trao đổi nhiệt bức xạ 4 7.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 7.1.1. Trao đổi nhiệt bức xạ - Đặc trưng của quá trình trao đổi nhiệt bức xạ: + Tia bức xạ truyền đi trong không gian nên không cần tiếp xúc. + Có thể truyền trong môi trường không vật chất tức là trong chân không. + Năng lượng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối: nhiệt độ càng cao bức xạ càng mạnh nên trao đổi nhiệt bằng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật: Q = f(T).4 2 7.1.2. Hệ số hấp phụ, hệ số phản xạ, hệ số xuyên qua 5 - Khi có một dòng bức xạ Q từ vật thể khác tới vật đang xét thì cũng tương tự như ánh xạ: sẽ có một phần nhiệt được hấp thụ biến thành nội năng của vật QA, một phần xuyên qua QD, một phần phản xạ lại môi trường tới QR. Theo định luật bảo toàn năng lượng: Q = QA + QD + QR Q: Dòng nhiệt tới; QA: Dòng xuyên qua; QD: Dòng hấp thụ; QR: Dòng phản xạ.5 7.1.2. Hệ số hấp phụ, hệ số phản xạ, hệ số xuyên qua (Tiếp theo) 6 !! ! !# + + =1 ! ! ! R+A+D =1 R: Hệ số phản xạ; A: Hệ số hấp thụ; D: Hệ số xuyên qua. R, A, D = 0÷1 nên trong một số trường hợp đặc biệt ta có: A = 1 (R = D = 0) Vật đen tuyệt đối: hấp thụ toàn bộ năng lượng đập tới nó; R = 1 (A = D = 0) Vật trắng tuyệt đối: Phản xạ hoàn toàn năng lượng đập tới nó; D = 1 (R = A = 0) Vật trong suốt tuyệt đối: Cho toàn bộ năng lượng đập tới nó đi qua.6 3 7.1.3. Năng suất bức xạ, năng suất bức xạ riêng và năng suất 7 bức xạ hiệu dụng 1. Dòng bức xạ Là tổng năng lượng bức xạ từ bề mặt F của vật theo mọi phương của không gian bán cầu và ở mọi bước sóng trong một đơn vị thời gian. - Ký hiệu: Q, đơn vị: W + Q: Phát đi từ bề mặt F (m2) + Không gian bán cầu + ? = 1s + ?=0÷∞7 7.1.3. Năng suất bức xạ, năng suất bức xạ riêng và năng suất 8 bức xạ hiệu dụng (Tiếp theo) 2. Năng suất bức xạ - Là dòng bức xạ ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt bức xạ. ! E= #$ (W/m2) 3. Cường độ bức xạ - Là năng lượng bức xạ riêng ứng với một khoảng hẹp chiều dài bước sóng. % I ? = #& (W/m3) 4. Năng suất bức xạ riêng - Là năng suất bức xạ tự bản thân vật.8 4 7.1.3. Năng suất bức xạ, năng suất bức xạ riêng và năng suất 9 bức xạ hiệu dụng (Tiếp theo) 5. Năng suất bức xạ hiệu dụng - Là dòng mà vật thực tế trao đổi với môi trường. - Xét vật đục: T, D=0. Giả sử có dòng bức xạ đập tới nó Et: dòng này được chia làm 2 phần: một phần hấp thụ AEt, phần phản xạ (1-A)Et và tự bản thân vật cũng bức xạ một lượng là năng suất bức xạ riêng E. Vậy tổng năng suất bức xạ mà vật trao đổi với môi trường: Ehd = E + (1-A)Et ! 6. Vật xám !# = const9 7.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ 10 7.2.1. Định luật Plank - Vật đen tuyệt đối: !#$% Io? = &! (W/m3) $ %& -15 2 C1 = 0,374.10 (W/m ) C2 = 1,4388.10-2 (W/m2) 7.2.2. Định luật Wien - Cho biết quan hệ ?max, Io? (# # =0 ?maxT = 2,988.10-3m.K10 ...