ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ТЕОРИЯ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ ПРИМЕРЫ

Излучение твердых поверхностей

Согласно закону Кирхгофа, все реальные тела при одной и той же температуре излучают меньше энергии, чем абсолютно черные, так как они отражают часть падающих лучей. Несмотря на это, излучение реальных тел подчиняется закону Стефана— Больцмана [уравнение (393)], только коэффициент излучения С, который для абсолютно черных излучающих поверхностей со­ставляет 4,96, берется меньше, в зависимости от степени черноты данного тела.

Но при этом необходимо учитывать следующее: во-первых, не все технические поверхности являются «серыми», а закон Сте­фана—Больцмана справедлив при соответствующем выборе ко­эффициента излучения лишь для серого тела.

Кривая излучения Планка в случае серого тела геометриче­ски подобна кривой излучения для абсолютно черного тела, хотя и расположена (см. рис. 36) ниже ее. Серое тело обладает опре­деленной поглощательной способностью для каждой длины вол­ны падающего излучения, т. е - оно поглощает от падающего излу­чения различных длин волн всегда постоянную часть, например всегда 70%. Но иногда эта закономерность нарушается: некото­рым поверхностям присуща так называемая «селективная» по­глощательная способность, т. е. волны разной длины поглоща­ются в различной степени. Но раз поглощение является избира­тельным, то по закону Кирхгофа должно быть избирательным и излучение; следовательно, чем в большей степени будет погло­щаться телом волна определенной длины, тем интенсивнее бу­дет она излучаться. Таким образом, излучение несерого тела се­лективное. Кривая излучения несерого тела не так равномерна, как кривая излучения абсолютно черного тела (см. рис. 36); пер­вая имеет впадины тем большие, чем больше тело отклоняется от серого. Для селективного излучения справедлив закон Стефана— Больцмана, по которому излучение растет пропорционально аб­солютной температуре в степени, не превышающей четвертую. Соответствующий закон можно вывести двумя путями: рассмат­ривая коэффициент излучения изменяющимся с температурой (причем сохраняется четвертая степень), либо рассматривая коэффициент излучения постоянным (но изменить показатель сте­пени у температуры). Установлено, что-при постоянном коэффи­циенте излучения, например, для чистой пластины излучение увеличивается пропорционально не четвертой, а пятой степени абсолютной температуры. Если же принять показатель степени равным значению, превышающему 4, то при определенной темпе­ратуре наступил бы момент, когда излучение данного тела пре­высило бы излучение абсолютно черного тела. Поэтому необходи­мо условиться, что тела, излучение которых пропорционально аб­солютной температуре в степени >4, с повышением температу­ры уменьшают этот показатель до четырех (возможно с одновре­менным увеличением коэффициента излучения до значения его для абсолютно черного тела). Следовательно, нельзя сохранить показатель неизменным. Более приемлемо для техники считать коэффициент излучения несерых тел зависимым от температуры, так как при этом можно сохранить теперь уже общепринятую четвертую степень абсолютной температуры и не менять этот показатель ни при каких обстоятельствах. Следовательно, коэф­фициенты излучения технических поверхностей необходимо опре­делять не при одной определенной, а при различных температу­рах. Во-вторых, степень черноты технических поверхностей, или коэффициент излучения серых тел также может изменяться. Для ^ этих условий закон Стефана—Больцмана уже не справедлив, и коэффициент излучения необходимо рассматривать как функ­цию температуры аналогично коэффициентам излучения несерых тел. Следовательно, обе эти причины заставляют измерять коэф­фициенты излучения при различных температурах. Однако таких измерений до сего времени сделано мало. В табл. 46—54 прило­жений приведены известные на сегодня коэффициенты излуче­ния с указанием температуры, при которой проводили измере­ния. Эти величины можно рассматривать лишь как исходные, так как температурная область измерений слишком мала и коэффи­циент излучения зависит не только от химического состава тел, но и от степени шероховатости из поверхностей (оба этих фак­тора, естественно, являются переменными).