Bài giảng Truyền nhiệt: Chương 7 - ThS. Phan Thành Nhân

Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 7: Bức xạ nhiệt. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt, các định luật cơ bản về bức xa nhiệt, trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai tấm phẳng đặt song song, trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai vật bọc nhau. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

CHƯƠNG 7 BỨC XẠ NHIỆT

1 Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt

2 Các định luật cơ bản về bức xa nhiệt

2 Cac định luật cơ ban ve bưc 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

1

1 Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt: ệ ạ ệ

Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt: ệ ạ ệ

Một vật bất kỳ có nhiệt độ T  có nhiệt năng  một phần

nhiệt năng biến thành năng lương sóng điện từ  truyền đi

nhiệt nang bien thanh nang lượng song điện tư  truyen đi trong không gian  gặp vật thể khác  Hấp thụ  biến lại

thành nhiệt năng

Một vật luôn phát ra năng lương bức xa và

Một vật luon phat ra nang lượng bưc xạ vanhận năng lượng bức xạ từ vật thể khác

chiếu đến

3

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

Trao đoi nhiệt bưc xạ: là quá trình trao đổi nhiệtxảy ra giữa các vật cĩ nhiệt độ khác nhau đặt cách xanhau  Năng lượng bức xạ truyền trong khơng gian

BẢNG PHÂN LOAI THEO BƯỚC SÓNG

dưới dạng sĩng điện từ

BANG PHAN LOẠI THEO BƯƠC SONG

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 phản xạ

Tia tới

Qo: dòng bức xạ chiếu lên bề mặt (W);

Th ø h h à

QA: một phần hấp thụ biến thành nhiệt ;

QR: một phần phản xạ;

Q o

Q R

Thành phần hấp thụ QD: một phan xuyen qua

Q D

Q A

Q Q

Q

Thành phần xuyên qua

D

D R

A

1 D R

A Q

Q Q

Q Q

Q

1DR

AQ

QQ

QQ

Q

o

D o

R o

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 E [W/m g 2 ]

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

dQdF

7

 Khả năng bức xạ đơn sắc E [W/m 2 ]

Là mật độ bức xạ bán cầu ứng với một giải hẹp của chiềudài bước sóng (chỉ xét với 1 dãi bước sóng hep    +d)g ( g ïp )

 Khả năng bức xạ hiệu dụng E hd

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

=

A 1 *E 2 - Năng lượng bức xạ vật 1 phát ra:

E 2 +

2 Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt: ạ ệ

 Định luật Planck:

Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xa đơn sắc của

Định luật thiet lập moi quan hệ giưa kha nang bưc xạ đơn sac cua vật đen tuyệt đối Eo= f(,T)

C 5

1 e

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

m W 10

3742 ,

0

C1  15 2

K m 10

4388 ,

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

 Định luật Stefan – Bolztmann:

 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

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

4

T C

E   (W/ 2 )

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

o o

100

T C

4

100

T C

100

T C

– Kích thước lớn so với khoảng cách

– Vật đen có nhiệt độ To, khả năng bức xa E

Nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm:

o 1

E

Ở điều kiện cân bằng nhiệt động (T = T1) thì q = 0 nên:

Ơ đieu kiện can bang nhiệt động (To T1) thì q 0 nen:

0 E

E

1

A

 T f

E A

E A

E A

E

o n

n 2

2 1

100

TC

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

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

 Hai tấm phẳng đặt song song:

Tam 1: co nhiệt độ T1, hệ so hap thu A1 Tấm 2: có nhiệt độ T2, hệ số hấp thụ A2 Diện tích tấm F1 = F2 = F

N ê lươ t đ åi hi ät BX iữ h i t á l ø Nang lượng trao đoi nhiệt BX giưa hai tam la:

E E

E ) A (

2 1 1

hd 1

A A A

A

E ) A 1 ( E E

2 1 1

A A A

A

E ) A 1 ( E

E

2 1 2

1

2 1 1

Nhiệt lương trao đổi giữa hai tấm là

4 1 12

T T

1 1 1

4 1 o

12 12

12

100

T100

TC

.FF

1

2 1

4 1

2 1

o 12

100

T 100

T 1

1 1

C q

 E

E 1 o2

2 1

1 1

q

2 1

2 o 1

R R

E E

 Tấm phẳng đặt song song có bố trí màng chắn:

Xét trường hợp giữa 2 tấm phẳng song song đặt một màn chắn bức xạ có độ đen c

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

1 1 2 1

1

100

T 100

T C

q

2 1

o

12

2 c

1 2 R R R

E E

q 01 02 12

Nhiệt trở bức xạ:

1

2

1 1 R

c

2

1 1 R

Trường hợp n màng chắn có độ đen khác nhau:

o

12

1 1 1

1 2 1

1

100

T 100

T C

o

12

1

2 1

1 1

100

T 100

T C

q



   1   1

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

Năng lượng bức xa của vật 1 phát

ra toàn bộ rơi trên vật 2, còn năngä ä , glượng bức xạ phát ra từ vật 2 chỉ cómột phần rơi lên vật 1, phần còn lạirơi lên chính bản thân nó

rơi len chính ban than no

21

- Gọi 2121: là số % năng lượng bức xạ của vật 2 rơi lên vật 1 (hệg gsố chiếu xạ hoặc hệ số góc)

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

Trong đó

hd 2 21 hd

1

4 1 o

1 1

1 1

T

F 100

T C

F E

Giải hệ phương trình (1) và (2) tìm đươc Q1hd Q2hd

Giai hệ phương trình (1) va (2) tìm được Q1hd , Q2hd

21

4 1 1

o 12

T F

T F

C Q

2

21 1

12

100

F 100

F 1 1 1

Q

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

0

T F

T F

4 2

Khi đó năng lượng bức xạ trao đổi giữa hai vật:

4 1 1

1

o 12

100

T 100

T 1

1 F

1

F

C Q

C Q

F 1

2 2

1 1

100 100

F C Q

Trường hơp đặc biệt:

 Khi F1 << F2 (tức F1/F2 0)

4 2

4

T C

F

Q   1   2   1 1 1 2

o 1 1

100 100

C F

 Khi F  F (tức F /F = 1): trường hợp 2 tấm phẳng song song

Tài liệu tham khảo:

1 Hoàng Đình Tín, truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi

nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001

2 Hà Anh Tùng Bài Giảng môn học truyền nhiệt Trường Đại

2 Hà Anh Tùng, Bài Giảng môn học truyền nhiệt, Trường Đại

HẾT CHƯƠNG 7