Chuong 4 Buc xa nhiet

Trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai tấm phẳng đặt song song 4.. Một vật bất kỳ có nhiệt độ T > 0  có nhiệt năng  một phần nhiệt năng biến thành năng lượng sóng điện từ  truyền đi trong

CHƯƠNG 4

BỨC XẠ NHIỆT

1 Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt

2 Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt

3 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai tấm phẳng đặt song song

4 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai vật bọc nhau

4.1 Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt:

Một vật bất kỳ có nhiệt độ T > 0  có nhiệt năng  một phần nhiệt năng biến thành năng lượng sóng điện từ 

truyền đi trong không gian  gặp vật thể khác  Hấp thụ

 biến lại thành nhiệt năng

Một vật luôn phát ra năng lượng bức xạ và nhận năng lượng bức xạ từ vật thể khác

chiếu đến

BẢNG PHÂN LOẠI THEO BƯỚC SÓNG

Trao đổi nhiệt bức xạ: là quá trình trao đổi nhiệt

xảy ra giữa các vật cĩ nhiệt độ khác nhau đặt cách xa nhau  Năng lượng bức xạ truyền trong khơng gian dưới dạng sĩng điện từ

Dạng bức xạ Chiều dài bước sóng

Dòng bức xạ, hệ số hấp thụ, hệ số phản xạ và hệ số xuyên qua:

Thành phần hấp thụ

Thành phần phản xạ

Thành phần xuyên qua

Tia tới

Qo: dòng bức xạ chiếu lên bề mặt (W);

QA: một phần hấp thụ biến thành nhiệt ;

QR: một phần phản xạ;

QD: một phần xuyên qua

A

A, R, D: hệ số hấp thu, phản xạ, xuyên qua; Biến đổi từ

0  1, phụ thuộc vào bản chất vật lý của vật, nhiệt độ, và chiều dài bước sóng

A = 1 vật đen tuyệt đối

R = 1 vật trắng tuyệt đối

D = 1 vật trong tuyệt đối Vật xám: D = 0 và A + R = 1

 Khả năng bức xạ bán cầu– Bức xạ tồn phần E [W/m2]

Là dòng bức xạ phát ra trên một đơn vị diện tích dF, ứng với một đơn vị thời gian trên toàn bộ không gian nửa bán cầu ứng với tất cả các bước sóng  = 0  

dQ E

 Khả năng bức xạ đơn sắc E [W/m2]

Là mật độ bức xạ bán cầu ứng với một giải hẹp của chiều

dài bước sóng (chỉ xét với 1 dãi bước sóng hẹp    +d  )

dE E

Xét dòng bức xạ tới từ bên ngoài E2 chiếu lên bề mặt vật xám (A + R = 1)

E 1

E 2

= +

 Khả năng bức xạ hiệu dụng Ehd

E : khả năng bức xa ïkết quả

4.2 Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt:

( )

1

C E

Với C1, C2 là hằng số Planck thứ nhất và thứ hai

1

2 2

 – chiều dài bước sóng, m

T – nhiệt độ tuyệt đối của vật, K

Đồ thị Mật độ dòng đơn sắc – chiều dài bước sóng

 Định luật Stefan – Bolztmann:

Định luật này thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối phụ thuộc vào nhiệt độ

với C o = 5,67 W/(m 2 K 4 ) : hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

với  = C/C (0 <  < 1): độ đen của vật

- Khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối:

 Định luật Kirchhoff:

Định luật này thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ  của vật

với hệ số hấp thụ A

Vật đen Vật xám

Nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm:

100

T C

và bằng khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối E o

Vật cĩ khả năng hấp thụ mạnh thì cũng cĩ khả năng bức xạ mạnh

Tấm 1: có nhiệt độ T1, hệ số hấp thu A1

Tấm 2: có nhiệt độ T2, hệ số hấp thụ A2

Diện tích tấm F1 = F2 = F Năng lượng trao đổi nhiệt BX giữa hai tấm là:

4.3 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa tấm phẳng đặt song song:

1 2 1 2

A E A E q

A A A A





Độ đen của hệ:

Nhiệt lượng trao đổi giữa hai tấm là

2

m W

Nhiệt trở bức xạ bề mặt tấm phẳng

Xét trường hợp giữa 2 tấm phẳng song song đặt một màn chắn bức xạ

cĩ độ đen c

Màn chắn bức xạ: là vật xám, bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt

Sơ đồ mạng nhiệt trở bức xạ

Khảo sát:

+ Vật 1: diện tích F1, nhiệt độ T1, hệ số hấp thu A1,

+ Vật 2: diện tích F2, nhiệt độ T2, hệ số hấp thu A2,

Vì F1  F2 : tính dòng bức xạ Q12

4.4 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai vật bọc nhau :

Ví dụ: trao đổi nhiệt trong buồng đốt, bức xạ của vật thể đặt trong phòng, bức xạ trong thiết bị …

Đặc điểm:

Năng lượng bức xa của vật 1 phát ra toàn bộ rơi trên vật 2, còn năng lượng bức xạ phát ra từ vật 2 chỉ có một phần rơi lên vật 1, phần còn lại rơi lên chính bản thân nó

Ta có năng lượng bức xạ trao đổi giữa 2 vật:

Năng lượng bức xạ bản thân các vật:

4 1

4 2

Trong điều kiện cân bằng nhiệt động (T1 = T2 = T) thì Q12 = 0:

2

F F

Thay φ21=F1/F2, khi đó năng lượng bức xạ trao đổi giữa hai vật:

Trường hợp đặc biệt:

 Khi F1 << F2 (tức F1/F2  0): trường hợp vật nằm trong khơng

HẾT CHƯƠNG 4