Презентация на тему ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

ТЕПЛООБМЕН

электромагнитных волн и фотонов различной частоты, распространяющихся в физических

средах и способных взаимодействовать с веществом в различных его формах.


Термин излучение имеет 2(два) смысловых значения:

ФОРМА эквивалент
ПЕРЕНОСА термина
ЭНЕРГИИ ИСПУСКАНИЕ
(RADISTION) (EMISSION)

03

вещества потоки излучения подразделяются на

●ИСХОДЯЩИЙ ●СОБСТВЕННЫЙ

●ПОГЛАЩЁННЫЙ

●ПАДАЮЩИЙ ●ОТРАЖЁННЫЙ ●РАССЕЯННЫЙ

●ОСЛАБЛЕННЫЙ ●ПРОПУЩЕННЫЙ ●РЕЗУЛЬТИРУЮЩИЙ

04

потоков.

ПАДАЮЩИЙ (ПАД.) – приходящий на поверхность тела со всех

направлений.

ОСЛАБЛЕННЫЙ (ОСЛ.) – 1) сумма поглощённого и рассеянного потоков; 2) разность падающего и пропущенного.
Выражает общую потерю энергии.

05

(ОТР.) – отражаемый (обратно) телом во всех направлениях.

ПРОПУЩЕННЫЙ (ПР.)

– прошедший сквозь тело во всех направлениях.

06

излучения в форму теплового движения структурных элементов (атомов и

молекул) поглощающего тела.

РАССЕЯННЫЙ (РАС.) – часть падающего потока, изменившего в теле направление распространения, как бы «перераспределённого» между частями.

РЕЗУЛЬТИРУЮЩИЙ (РЕЗ.) – разность собственного и поглощённого потоков, то есть поток энергии, переданной телу («оставшейся в нём») и пошедшей на изменение внутренней энергии тела в следствие испускания и поглощения.

07

ОТРАЖЁННЫЙ + ПРОПУЩЕННЫЙ

ОСЛАБЛЕННЫЙ = РАССЕЯННЫЙ + ПОГЛОЩЁННЫЙ
08

– энергия, излучаемая телом во всех направлениях в единицу

времени.

Излучательная способность (Плотность потока интегрального излучения), E [Вт/м2] – поток интегрального излучения с поверхности единичной площади:



Спектральная излучательная способность (Спектральная плотность потока излучения), Jλ [Вт/м3] – излучательная способность в бесконечно малом диапазоне длин волн, отнесённая к этому диапазону:



Яркость (Интенсивность) излучения, I [Вт/(м2·ср)] – количество энергии, излучаемой в единицу времени в направлении угла φ элементарной площадкой поверхности dS, отнесённое к единице телесного угла и единице площади проекции этой площадки на плоскость перпендикулярную направлению излучения:



Спектральная яркость излучения [Вт/(м3·ср)]:

10

за счёт возбуждения теплового движения возбуждения тепловым движением атомов,

молекул и других частиц вещества.

Энергия теплового излучения ‒ энергия, переносимая электромагнитным излучением, полученным за счёт возбуждения тепловым движением частиц вещества.

14

энергии частиц вещества в энергию их возбуждённого состояния и

затем в энергию электромагнитного излучения.

Из рассмотрения исключаются:
● случаи, когда процессы взаимодействия излучения и вещества вызывают какие-либо изменения в телах (ионизация, изменение свойств, химические реакции и др.);
● неравновесные процессы излучения (люми-несценция, хемилюминесценция; рекомбинационное, ударное и когерентное испускание);
● различные формы взаимодействия фаз излучения.

16

переносимое за единицу времени через произвольную поверхность.

Плотность потока теплового

излучения (Излучательная способность теплового излучения), h [Вт/м2] ‒ поток излучения через поверхность (с поверхности) единичной площади.

17

окружающей среды, при котором объёмная плотность энергии для любой

точки системы не меняется во времени, а термодинамические параметры, определяющие состояние любых её элементов, равны.

Равновесное (термодинамически равновесное) излучение – излучение, которое находится в состоянии термодинамического равновесия с испускающей его системой молекул стенки (внутренней поверхности) замкнутой полости.

18

точках поверхности плотность потока излучения одинакова, то во всех

точках полости равновесное значение объёмной плотности излучения одинаково.

2. Если процессы испускания происходят с одинаковой вероятностью по всем направлениям, то в каждой точке полости излучение изотропно.

3. Температура в каждой произвольной точке поля излучения одинакова и равна температуре полости в состоянии термодинамического равновесия.

19

поглощательной способности при той же длине волны и температуре:
20

абстракция), которое полностью поглащает всё падающее на него излучение,

независимо от направления распространения, спектрального состава и состояния поляризации излучения.

Фундаментальные законы теплового излучения, характеризующие свойства равновесного излучения, формулируются как законы излучения абсолютно чёрного тела.

21

поток (спектральная излучательная способность) теплового излучения  отношение спектрального

поверхностного потока в бесконечно малом спектральном интервале к величине этого интервала в одной из спектральных шкал:




a,  спектральная поглощательная способность теплового излучения  отношение спектральной интенсивности (спектральной яркости) поглощённого теплового излучения к интенсивности падающего теплового излучения:

22

испускаемого потока излучения к спектральной поглощающей способности тела является

одинаковым для всех тел и равным спектральной плотности потока излучения абсолютно чёрного тела при той же температуре.

23

потока излучения тела к спектральной плотности излучения абсолютно чёрного

тела:


1-е следствие закона Кирхгофа: «В условиях термодинамического равновесия отношение излучательной способности тела к его спектральной поглощательной способности равно единице, то есть в условиях термодинамического равновесия излучательная и поглощательная способность тела равны»:

24

чёрного тела а0,=1, а у остальных тел атело,

из всех тел при одной и той же температуре максимальным спектральным излучением для всех длин волн обладает абсолютно чёрное тело».

3-е следствие закона Кирхгофа: «Если в замкнутой полости вещество и излучение находятся в состоянии термодинамического равновесия, то распределение по спектру объёмной плотности энергии излучения определяется только температурой замкнутой полости и не зависит от величин, характеризующих вещество стен полости. Следовательно, можно приписать понятие температуры не только полости, но и отдельным спектральным составляющим объёмной плотности энергии излучения

В результате задача расчёта излучения реальных тел сводится к отысканию независящей от свойств вещества функции объёмной плотности излучения »

26

обоснован теоретически Больцманом в 1884 году и Планком в

1901 г.

Закон Стефана-Больцмана устанавливает для равновесных условий связь интегрального полусферического потока излучения элемента поверхности абсолютно чёрного тела с его абсолютной температурой:

«Плотность (поверхностная) потока равновесного излучения элемента поверхности абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры:


где 0  постоянная Стефана-Больцмана; 0=5.67032·10-8 Вт/(м2·К4).

Закон Стефана-Больцмана  теоретическая основа для вычисления потока энергии, излучаемой всяким нагретым телом, если известны его (тела) температура и радиационные характеристики.

27

излучения в единице объёма в единичном телесном угле:




Закон

Ламберта

«Интенсивность равновесного излучения на поверхности абсолютно чёрного тела не зависит от угла и направления, то есть интенсивность излучения абсолютно чёрного тела изотропна»

28

интенсивность в направлении  ;
IN  интенсивность в направлении

нормали;
В энергетическая яркость.

Диффузное излучение  излучение, подчиняющееся закону Ламберта.

Серая поверхность излучения  излучающая поверхность, удовлетворяющая двум условиям:  эффективное излучение  диффузное;  на изотермических участках поверхности плотность излучения постоянна.

29

от направления:
1  абсолютно чёрное тело;
2  серое тело;
3

 окисленные металлы, диэлектрики, дерево, бумага;
4  полированные металлы.

 отношение энергии излучения реальной поверхности к энергии излучения абсолютно

чёрного тела при той же температуре и прочих равных условиях.

Поглощательная способность  А  отношение энергии, поглощённой данной поверхностью, к энергии, поглощённой поверхностью абсолютно чёрного тела при облучении их одним и тем же потоком падающего излучения.

Отражательная способность  R  отношение энергии отражённой реальной поверхностью, к энергии, отражённой зеркальной (идеально отражающей) поверхностью при облучении их одним и тем же потоком падающего излучения.

Пропускная способность (прозрачность)  D  отношение энергии, прошедшей через вещество тела, к энергии падающего излучения. (!Прозрачность  характеристика вещества (материала тела), а не поверхности).

34

R + D = 1

Aν + Rν + Dν

= 1

A=1 R=0 D=0  абсолютно чёрное тело

A=0 R=1 D=0  зеркальная поверхность

A=0 R=0 D=1  диатерическая среда

сухой воздух D1

35

чёрное тело;
  

 серое тело;
 •  •  •   селективно поглощающее тело [1].

[1] Кириллов, П.Л. Тепломассообмен в ядерных энергетических установках: Учебное пособие для вузов; 2-е изд., перераб. / П.Л. Кириллов, Г.П. Богословская. – М.: ИздАт, 2008. – 256 с.

пара), оС;
p – давление газа (водяного пара), Па;
l

‒ толщина слоя газа (водяного пара), м; [1].

39

«1» к поверхности плоскости «2» равна




где εпр – приведенная

излучательная способность рассматриваемой системы рассчитывается по формуле

40

, то
Таким образом, n одинаковых экранов уменьшают результирующий тепловой

поток
в (n–1) раз.
Один экран уменьшает – в 2 раза.

41

распределённой энергии излучения, которая передаётся с поверхности i на

поверхность j.

Для двух поверхностей справедливы соотношения







Угловые коэффициенты обладают следующими свойствами: 1) ij>0 ; 2) ij<1 ; 3) отражают лишь взаимное расположение тел.

42

замыкания:
43

Блох, Ю.А. Журавлев, Л.Н. Рыжков. – М.: Энергоатомиздат, 1991. –

432 с.

[3] Рубцов, Н.А. Теплообмен излучением в сплошных средах / Н.А. Рубцов. – Новосибирск: СО Наука, 1984.

два или более механизмов теплообмена часто действуют одновременно ‒

теплопроводность и излучение, конвекция и излучение, или даже все три вместе. Обычный технический приём расчётов сложного теплообмена заключается в суммировании тепловых потоков каждого механизма теплообмена.

47

[4] Оцисик, М.Н. Сложный теплообмен: пер. с англ. / М.Н. Оцисик. – М.: Мир, 1976.

классификация.

2. Спектральный поток теплового излучения.
Спектральная поглощательная способность.

3.

Равновесное излучение. Его основные свойства.
Диффузная поверхность. Серое тело.

4. Абсолютно чёрное тело. Закон Кирхгофа.

5. Закон Стефана-Больцмана (формулировка).
Коэффициент теплообмена излучением.

6. Закон Ламберта. Типы отражательных поверхностей.

7. Радиационные характеристики реальных тел.

48