Radiation solides est une surface et le rayonnement des gaz est volumétrique.
Le transfert de chaleur par rayonnement entre deux surfaces planes grises parallèles de solides avec des températures T 0 1 abs et T 0 2 abs (T 1 > T 2) est calculé par la formule
C CR - émissivité réduite ;
C 1 - émissivité de la surface du premier corps ;
C 2 - émissivité de la surface du deuxième corps ;
Avec s = 4,9 kcal/m 2 heure deg 1 - émissivité du corps noir.
Dans les calculs pratiques, il est plus pratique d'utiliser ce qu'on appelle l'émissivité 
=
.
Émissivité réduite
Dans le cas où le premier corps de surface F 1 de tous
côtés entourés par la surface F 2 du deuxième corps, la quantité de chaleur transférée est déterminée par la formule
L'émissivité réduite et l'émissivité réduite sont déterminées par les formules
Dans le cas où F 2 >F 1, c'est-à-dire 
C pr \u003d C 1 et 
pr = 
1 .
Afin de réduire les pertes de chaleur dues au rayonnement, des écrans sont utilisés. L'écran est une feuille à paroi mince qui recouvre la surface rayonnante et se situe à faible distance de cette dernière. En première approximation, le transfert de chaleur par convection à travers l’entrefer entre l’écran et la surface rayonnante n’est pas pris en compte. De plus, la résistance thermique de la paroi de l'écran elle-même est toujours négligée, c'est-à-dire que les températures sur ses surfaces sont considérées comme les mêmes.
Pour les écrans plats parallèles, la formule de transfert de chaleur par rayonnement est utilisée avec le remplacement 
pr ce qu'on appelle l'émissivité équivalente
Où 
12 ,
23, etc. - déterminé par la formule pour 
pr, le degré d'émissivité réduit lors des échanges thermiques par rayonnement entre la 1ère et la 2ème surface, entre la 2ème et la 3ème surface, etc.
Lors du blindage de corps cylindriques (tuyaux), l'émissivité équivalente
La quantité de chaleur transférée Q est calculée par la formule
Les émissions de gaz
Les gaz rayonnants sont des gaz triatomiques et polyatomiques. Le rayonnement est du plus grand intérêt pratique
CO2 et H2O.
L'émission de gaz est sélective et dépend de la taille et de la forme du volume de gaz.
La quantité de chaleur transférée par rayonnement du volume de gaz, dont les composants sont CO 2 et H 2 O, à la coque environnante, qui a les propriétés d'un corps gris, est déterminée par la formule
où T gas est la température absolue du volume de gaz rayonnant ;
Article T - la température absolue de la coque environnante ;
=
0,5 (
+
1) - diplôme effectif noirceur de la coquille (à 
de 0,8 à 1,0);
=
+
- le degré de noirceur du gaz, déterminé par les graphiques de la fig. 85 et 86 pour la température moyenne des gaz ;
- le degré de noirceur du gaz, déterminé par les mêmes graphiques, mais par la température st de la coque ;
Correction β de la pression partielle de vapeur d'eau, déterminée à partir du graphique de la fig. 87.
Degré de noirceur du dioxyde de carbone 
et de la vapeur d'eau 
dépend de la température du volume de gaz et de l'épaisseur effective de la couche rayonnante ps, où p ata est la pression partielle du composant rayonnant et sm la longueur réduite du faisceau.
La longueur réduite de la poutre peut être déterminée approximativement par la formule
où Vm 3 - volume rempli de gaz rayonnant (volume rayonnant) ;
Fm 2 - surface de la coque.
Pour des cas particuliers, la longueur réduite de la poutre est déterminée par les formules suivantes :
pour le volume de gaz dans l'espace annulaire (s 1 - pas longitudinal, c'est-à-dire la distance entre les axes des tuyaux dans une rangée ; s 2 - pas transversal, c'est-à-dire le pas entre les rangées ; d - diamètre du tuyau)
pour une couche de gaz plan-parallèle de longueur infinie et d'épaisseur 
s= 1,8 
;
pour diamètre de cylindre d
Parfois, la notion de coefficient de transfert de chaleur par rayonnement est introduite α l kcal/m 2 heure deg. Ce coefficient est déterminé par la formule
Exemple. Déterminer la quantité de chaleur transférée par rayonnement d'une plaque d'acier incandescente, dont la température de surface est t 1 = 1027°C, à une autre plaque similaire, dont la température de surface est t 2 = 27°C, située parallèlement à la première .
Solution. À partir de l'annexe 20, nous trouvons le degré de noirceur de la plaque d'acier (oxydée) : 
. Nous définissons la réduction
émissivité selon la formule
Quantité de chaleur transférée
Exemple. Une canalisation de vapeur en acier d'un diamètre de 300 mm, dont la température de la paroi extérieure t 1 = 300 ° C, est posée à l'intérieur. Afin de réduire les pertes de chaleur, la canalisation de vapeur est fermée par une double enveloppe cylindrique (écran). Le premier boîtier d'un diamètre de 320 mm est constitué de fines tôles d'acier ( 
= 0,82), le deuxième boîtier d'un diamètre de 340 mm est constitué de fines feuilles d'aluminium ( 
= 0,055). Déterminez la perte de chaleur pour 1 fonctionnement. m de canalisation de vapeur nue et blindée, ainsi que la température du boîtier en aluminium. Ignorer le transfert de chaleur par convection. La température ambiante est de 25°C.
Décision Déterminons la perte de chaleur par une canalisation de vapeur nue, en supposant que la surface de la canalisation de vapeur F 1 est plusieurs fois plus petite que la surface des murs de la pièce F 4 . À F1< (pour l'acier oxydé). D'après la formule Déterminons maintenant la perte de chaleur en présence d'écrans. On détermine les coefficients d'émissivité réduite : Émissivité équivalente La quantité de chaleur transférée par rayonnement Ainsi, grâce à l'installation d'écrans, les pertes de chaleur ont diminué en Pour déterminer la température d'une tôle d'aluminium, on fait une équation En résolvant cette équation, on trouve Exemple. Un thermocouple a été utilisé pour mesurer la température du flux d’air chaud circulant dans le canal. Un échange de chaleur radiant se produit entre la jonction du thermocouple et les parois du canal (Fig. 88), ce qui fausse les lectures du thermocouple. Pour réduire l'erreur de mesure de la température, le thermocouple est fermé avec un tube grillagé 1. Recherchez la température réelle du flux d'air si le thermocouple affiche une température de t = 200 ° C. La température de la paroi interne du canal t st = 100°C. L'émissivité de l'écran et de la jonction du thermocouple sont les mêmes et égales à 0,8. Le coefficient de transfert de chaleur de l'air à la jonction du thermocouple α= 40 kcal/m 2 heure deg, et à la surface de l'écran α= 10 kcal/m 2 heure deg. Solution. Désignons le réel température de l'air (souhaitée) t in. Température déterminée par thermocouple, est la température sa jonction t. Composons l'équation du bilan thermique pour la jonction du thermocouple. La quantité de chaleur reçue par la jonction en raison de la convection est et la quantité de chaleur dégagée par rayonnement depuis la surface de jonction F vers la surface F e entourant la jonction du thermocouple du tube écran, où T e est la température absolue de la surface interne du tube grillagé. Sachant que F e >> F, on obtient En mode stationnaire, le bilan thermique de la jonction du thermocouple sera exprimé par l'équation Calculons maintenant le bilan thermique du tube écran, en négligeant la résistance thermique du tube lui-même. Gain de chaleur par convection L'apport de chaleur dû au rayonnement de la jonction du thermocouple est évidemment égal à la chaleur qui à son tour est égal à Consommation de chaleur due au rayonnement de la surface extérieure du tube écran sur les parois environnantes du canal et depuis dans ce cas F st >> F e, alors Habituellement, dans cette équation, le premier terme du côté gauche est négligé. parties (en vertu de F e >> F). Alors La solution conjointe des équations permet de déterminer la valeur souhaitée Température t po Nous résolvons graphiquement les équations résultantes, en les calculant Température t in en fonction de t e. Le point d'intersection des courbes correspondantes (Fig. 89) détermine la température t en : Erreur lors de la détermination de la température à l'aide d'un thermocouple Exemple. Déterminer la quantité de chaleur transférée par rayonnement aux tuyaux en acier situés dans le conduit de fumée d'une chaudière à vapeur à tubes d'eau. Les pressions partielles de dioxyde de carbone dans la vapeur d'eau dans les gaz de combustion sont respectivement p C O 2 = 0,15 atm et p H 2 O = 0,075 atm. Diamètre extérieur tuyaux d = 51 mm ; leurs pas longitudinaux 1 = 90 mm et leurs pas transversaux 2 = 70 mm. Température du gaz n la surface du tuyau est constante et égal à t st = 230 0 C. Décision préliminaire déterminer la température moyenne débit de gaz, que nous acceptons égal température de conception t gaz. Épaisseurs de couche effectives correspondantes D'après les graphiques de la Fig. 85 et 86 on trouve Correction β pour la pression partielle de vapeur d'eau (selon la Fig. 87) β = 1,06. D'après la formule Coefficient de transfert de chaleur rayonnante Exemple. Un mélange de gaz se déplace dans un tuyau cylindrique en acier d'un diamètre intérieur d = 0,25 m. Température moyenne du gaz t gaz = 1100 0 C. Pression partielle de dioxyde de carbone SOLUTION : Longueur de poutre réduite S=0,9d=0,9 0,25=0,225m. Epaisseur effective de la couche rayonnante s D'après la fig. 85 déterminé à t= 1100°C D'après la formule Pour 1 ligne m Tâches 453. Déterminer la quantité de chaleur rayonnée par une plaque d'acier à une température de t 1 = 600 0 C sur une tôle de laiton de même taille à une température de t 2 = 27 0 C, située parallèlement à la plaque. Déterminez également le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement. Réponse : q 12 = 5840 kcal/m 2 heure ; α l = 10,2 kcal/m 2 heure deg. 454. L'échange de chaleur radiante a lieu entre deux plans parallèles. Surface ayant une température t 1 = 600°C et noirceur q 12 = 1000 kcal/m 2 heure. Déterminer la température de la surface rugueuse en aluminium réceptrice de chaleur ( Réponse : t 2 = 390 0 C. 455. Déterminer la quantité de chaleur q 12 kcal / m 2 heure, rayonnée par la surface d'un mur plat vers un autre mur plat parallèle. Les températures des parois sont respectivement égales à t 1 = 227°C et t 2 = 27 0 C. La détermination est faite pour quatre options : a) C 1 \u003d C 2 \u003d C s \u003d 4,9 kcal / m 2 heure deg 4 (surfaces absolument noires); b) C 1 = C 2 = 4,3 kcal / m 2 heure deg 4 (surfaces en acier mat) ; c) C 1 \u003d 4,3 kcal / m 2 heure deg 4 (surface en acier mate), C 2 \u003d 0,3 kcal / m 2 heure deg 4 (fer blanc); d) C 1 \u003d C 2 \u003d 0,3 kcal / m 2 heure deg 4 (fer blanc). Réponse : a) q 12 = 2660 kcal/m 2 heure ; 6) q 12 \u003d 2080 kcal / m 2 heure ; c) q 12 = 160 kcal / m 2 heure ; d) q 12 \u003d 84 kcal / m 2 heure. 456. Un tuyau en acier d'un diamètre de d = 200 mm et d'une longueur de 1 = 5 m est situé dans une pièce en brique dont la largeur est a = 8 m et la hauteur h = 5 m. Déterminez la perte de chaleur pour le tuyau par rayonnement si la température de surface du tuyau t 1 = 327°C, et température de la surface des parois de la pièce t 2 = 27°C. Réponse : Q 12 = 14950 kcal/heure. 457. Résoudre le problème précédent à condition que a) tuyaux en acier est situé dans un couloir en brique d'une section de 2 x 1 m et b) un tuyau en acier est situé dans un canal en brique d'une section de 350 x 350 mm. La température de la paroi dans les deux cas est t 2 = 27°C. Comparez les résultats avec la réponse au problème précédent. Réponse : a) Q 12 = 14900 kcal/heure ; b) Q 12 = 14 500 kcal/heure. 458. Déterminez la perte de chaleur due au rayonnement dans une ligne. m de canalisation de vapeur en acier. Le diamètre extérieur de la canalisation de vapeur est d = 0,2 m, sa température de surface t 1 = 310 0 C et la température air ambiant t 2 = 50 0 C. Comparez les résultats de la solution avec la réponse au problème 442. Réponse : q = 2575 kcal/courant. m heure ; la perte de chaleur due au rayonnement est 2,36 fois supérieure à la perte de chaleur par transfert de chaleur par convection. 459. Une porte de four en fonte mesurant 500 x 400 mm dans une chaudière à vapeur a une température de t 1 = 540°C ( Réponse : Q = 2680 kcal/heure ; α l = 2b,5 kcal/m 2 heure deg. 460. Déterminer le transfert de chaleur par rayonnement entre des surfaces parallèles en acier mat (voir problème 455 6), si un écran est placé entre elles sous la forme d'une fine tôle d'acier de même émissivité. Réponse : q 12 = 1040 kcal/m 2 heure. 461. Résoudre le problème 460 à condition de placer un écran entre les surfaces en acier, constitué de quatre fines tôles d'acier de même émissivité. Réponse : q 12 = 416 kcal/m 2 heure. 462. Résoudre le problème 455 6 à condition qu'un écran de fer blanc soit placé entre les surfaces en acier. Comparez le résultat de la solution avec la réponse au problème 455 6. Réponse : q 12 = 81 kcal/m 2 heure, c'est-à-dire la quantité de chaleur transférée diminue d'environ 25 fois. 463. Résoudre le problème 455 6 à condition qu'un écran constitué de deux feuilles de fer blanc soit placé entre les surfaces en acier. Réponse : q 12 = 41,5 kcal/m 2 heure. 464. Le four d'une chaudière à vapeur est rempli d'une torche ardente ayant une température conditionnelle t 1 = 1000 0 C et un degré de noirceur conditionnel Réponse : q = 25530 kcal/m 2 heure ; t dv = b5b°C. 465. Résoudre le problème précédent, à condition que la porte en fonte soit équipée d'un réflecteur en fonte situé sur le côté du four (un tel réflecteur peut être considéré comme un écran). Réponse : q = 19890 kcal/m 2 heure ; t dv = 580°C. 466. Résolvez l'exemple de la page 225 à condition que la jonction du thermocouple ne soit pas protégée par un tube écran. Réponse : t in = 230 0 C ; l'erreur dans la détermination de la température est de 13 %. 467. Résoudre le problème 458 à condition que la canalisation de vapeur soit entourée d'un écran en tôle d'acier ( 468. Résoudre le problème précédent en tenant compte du transfert de chaleur par convection entre l'écran et l'air, en supposant le coefficient de transfert de chaleur égal à α e = 20 kcal/m 2 heure deg. Comparez le résultat avec la réponse aux problèmes 458 et 467. Réponse : q = 1890 kcal/course. m heure; t e = 126°C. Indication Lors de la résolution du problème 468, il est nécessaire de composer équation du bilan thermique. 469. Une canalisation de vapeur d'un diamètre de d = 0,2 m (indiqué dans la tâche 458) est recouverte d'une isolation thermique constituée de 5 écrans en feuille d'aluminium ( 470. Déterminer le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement des fumées vers les parois des conduites d'eau chaude d'une chaudière à vapeur. Diamètre extérieur des tuyaux d= 44,5 mm, pas longitudinal des tuyaux en rangée s 1 = 135 mm et pas transversal s 2 = 90 mm. La température des gaz à l'entrée du conduit de fumée t/= 900 0 C, et à la sortie t // = 700°C. La température de surface des parois des canalisations t st = 300°C. Les pressions partielles des gaz triatomiques sont: Réponse : α l 471. Résolvez le problème précédent, à condition que les pas des tuyaux soient réduits à s 1 = 81 mm et s 2 = 65 mm, et que le reste des données initiales reste inchangé. Réponse : α l = 8 kcal/m 2 heure deg. 472. Dans un canal étroit d'une section de 820 x 20 mm, se déplace un mélange de gaz de composition suivante (en volume) : N 2 = 73 % ; O2 = 2 % ; CO 2 = 15 % ; H 2 O = 10 %. La température moyenne du mélange de gaz t gaz = 900°C, la pression du mélange p = 1 atm. Les parois du canal sont en tôle d'acier. La température à la surface des parois des canaux t st = 100 ° C. Déterminez la quantité de chaleur transférée des gaz aux parois des canaux par rayonnement. Réponse : q = 4000 kcal/m 2 heure. Écrans Dans divers domaines technologiques, il existe assez souvent des cas où il est nécessaire de réduire le transfert de chaleur par rayonnement. Par exemple, il est nécessaire de protéger les travailleurs de l’action des rayons thermiques dans les ateliers où se trouvent des surfaces à haute température. Dans d'autres cas, il est nécessaire de protéger les parties en bois des bâtiments de l'énergie radiante afin d'éviter toute inflammation ; les thermomètres doivent être protégés de l'énergie radiante, sinon ils donnent des lectures incorrectes. C'est pourquoi, chaque fois qu'il est nécessaire de réduire le transfert de chaleur par rayonnement, on a recours à l'installation d'écrans. Habituellement, l’écran est une fine feuille de métal à haute réflectivité. Les températures des deux surfaces de l’écran peuvent être considérées comme identiques. Considérons l'action d'un écran entre deux surfaces planes infinies parallèles, et nous négligerons le transfert de chaleur par convection. Les surfaces des murs et de l’écran sont supposées identiques. Les températures de paroi T 1 et T 2 sont maintenues constantes, avec T 1 >T 2 . Nous supposons que les coefficients de rayonnement des murs et de l'écran sont égaux. Alors l'émissivité réduite entre les surfaces sans écran, entre la première surface et l'écran, l'écran et la deuxième surface sont égales entre elles. Le flux thermique transmis de la première surface à la seconde (sans écran) est déterminé à partir de l'équation Le flux thermique transféré de la première surface à l'écran est trouvé par la formule et de l'écran à la deuxième surface selon l'équation À l'état stable état thermique q 1 \u003d q 2, donc où En substituant la température de l'écran résultante dans l'une des équations, nous obtenons En comparant la première et la dernière équation, nous constatons que définir un écran à conditions acceptées réduit de moitié le transfert de chaleur par rayonnement : Il peut être prouvé que l'installation de deux écrans réduit le transfert de chaleur d'un facteur trois, l'installation de trois écrans réduit le transfert de chaleur d'un facteur quatre, etc. Un effet significatif de réduction du transfert de chaleur par rayonnement est obtenu lors de l'utilisation d'un écran en métal poli, puis où C" pr - émissivité réduite entre la surface et l'écran ; Avec pr - le coefficient de rayonnement réduit entre les surfaces. Les émissions de gaz Le rayonnement des corps gazeux diffère fortement du rayonnement des corps solides. Les gaz monoatomiques et diatomiques ont une émissivité et une absorptivité négligeables. Ces gaz sont considérés comme transparents aux rayons thermiques. Les gaz triatomiques (CO 2 et H 2 O, etc.) et les gaz polyatomiques ont déjà une capacité d'émission et, par conséquent, d'absorption importante. À haute température le rayonnement des gaz triatomiques formés lors de la combustion des carburants a grande importance pour le fonctionnement des échangeurs de chaleur. Les spectres d'émission des gaz triatomiques, contrairement à l'émission des corps gris, ont un caractère sélectif (sélectif) prononcé. Ces gaz absorbent et émettent de l'énergie rayonnante uniquement dans certains intervalles de longueur d'onde situés dans diverses pièces spectre (Fig. 29-6). Pour les rayons d’autres longueurs d’onde, ces gaz sont transparents. Quand le faisceau se rencontre sur son chemin une couche de gaz capable d'absorber un faisceau d'une longueur d'onde donnée, puis ce faisceau est partiellement absorbé, traverse partiellement l'épaisseur du gaz et sort de l'autre côté de la couche avec une intensité moindre qu'à l'entrée. Une couche très épaisse peut pratiquement absorber la totalité du faisceau. De plus, la capacité d’absorption d’un gaz dépend de sa pression partielle ou de son nombre de molécules et de sa température. L'émission et l'absorption de l'énergie radiante dans les gaz se produisent dans tout le volume. Le coefficient d'absorption des gaz peut être déterminé par la relation suivante : ou l'équation générale La pression des produits de combustion est généralement prise égale à 1 bar, par conséquent, les pressions partielles des gaz triatomiques dans le mélange sont déterminées par les équations p co2, \u003d r co2 et P H 2 O \u003d r H 2 O, où r est la fraction volumique du gaz. Température moyenne des murs - calculée par l'équation où T"st est la température de la paroi du canal à l'entrée du gaz ; T"" c t est la température de la paroi du canal à la sortie du gaz. La température moyenne du gaz est déterminée par la formule où T "g - température du gaz à l'entrée du canal ; T "" p - température du gaz à la sortie du canal ; le signe plus est pris en cas de refroidissement, et le signe moins est pris en cas de chauffage au gaz dans le canal. Le calcul du transfert de chaleur radiante entre le gaz et les parois du canal est très complexe et s'effectue à l'aide d'un certain nombre de graphiques et de tableaux. Une méthode de calcul plus simple et assez fiable a été développée par Shack, qui propose les équations suivantes qui déterminent le rayonnement des gaz dans un milieu à une température de 0°K : (29-24) où p est la pression partielle du gaz, bar ; s est l'épaisseur moyenne de la couche de gaz, m ; T est la température moyenne des gaz et de la paroi, °K. Une analyse des équations ci-dessus montre que l'émissivité des gaz n'obéit pas à la loi de Stefan-Boltzmann. Le rayonnement de la vapeur d'eau est proportionnel à T 3 , et le rayonnement du dioxyde de carbone est proportionnel à G 3 " 5 . La loi de Planck.
L'intensité du rayonnement d'un corps complètement noir et de tout corps réel dépend de la longueur d'onde. Absolument corps noir lorsqu'il est donné, il émet des rayons de toutes les longueurs d'onde de l = 0 à l = ¥. Si nous séparons d'une manière ou d'une autre les faisceaux de longueurs d'onde différentes et mesurons l'énergie de chaque faisceau, il s'avère que la répartition de l'énergie le long du spectre est différente. À mesure que la longueur d'onde augmente, l'énergie des rayons augmente, à une certaine longueur d'onde elle atteint un maximum, puis diminue. De plus, pour un faisceau de même longueur d'onde, son énergie augmente avec l'augmentation du corps émettant des rayons (Fig. 11.1). Planck a établi la loi suivante pour modifier l'intensité du rayonnement d'un corps complètement noir en fonction de la longueur d'onde : I sl = s 1 l -5 / (e s / (l T) - 1), (11,5) En substituant la loi de Planck dans l'équation (11.7) et en intégrant de l = 0 à l = ¥, nous constatons que le rayonnement intégral (flux de chaleur) d'un corps complètement noir est directement proportionnel à la quatrième puissance de son absolu (Stefan-Boltzmann loi). E s = C s (T / 100) 4, (11,8) où С s = 5,67 W / (m 2 * K 4) - l'émissivité d'un corps complètement noir En notant sur la figure 11.1 la quantité d'énergie correspondant à la partie lumineuse du spectre (0,4-0,8 microns), il est facile de voir que pour les faibles, elle est très petite par rapport à l'énergie du rayonnement intégral. Ce n'est que lorsque le soleil atteint ~ 6 000 K que l'énergie des rayons lumineux représente environ 50 % de l'énergie totale du rayonnement noir. Tous les corps réels utilisés dans la technologie ne sont pas absolument noirs et, avec la même énergie, émettent moins d'énergie qu'un corps complètement noir. Le rayonnement des corps réels dépend également de la longueur d'onde. Afin que les lois du rayonnement du corps noir puissent être appliquées à des corps réels, le concept de corps et de rayonnement est introduit. Le rayonnement est compris comme tel qui, à l'instar du rayonnement du corps noir, a spectre continu, mais l'intensité des rayons pour chaque longueur d'onde I l pour tout est une fraction constante de l'intensité du rayonnement du corps noir I sl , c'est-à-dire il y a une relation : I l / I sl = e = const. (11.9) La valeur de e est appelée degré de noirceur. Ça dépend de propriétés physiques corps. Le degré de noirceur des corps est toujours inférieur à l'unité. Loi de Kirchhoff. Pour tout corps, les capacités radiatives et d’absorption dépendent de la longueur d’onde. Divers corps avoir diverses significations E et A. La dépendance entre eux est établie par la loi de Kirchhoff : E = E s * A ou E / A = E s = E s / A s = C s * (T / 100) 4. (11.11) Le rapport entre l'émissivité d'un corps (E) et sa capacité d'absorption (A) est le même pour tous les corps qui sont identiques et est égal à l'émissivité d'un corps complètement noir. Il résulte de la loi de Kirchhoff que si un corps a une faible capacité d'absorption, alors il a également une faible émissivité (poli). Un corps absolument noir, qui possède le pouvoir d’absorption maximal, possède également l’émissivité la plus élevée. La loi de Kirchhoff reste également valable pour le rayonnement monochromatique. Le rapport entre l'intensité du rayonnement d'un corps à une certaine longueur d'onde et sa capacité d'absorption à la même longueur d'onde pour tous les corps est le même s'ils sont identiques, et est numériquement égal à l'intensité du rayonnement d'un corps complètement noir au même moment. longueur d'onde et , c'est-à-dire est fonction uniquement de la longueur d’onde et : E l / A l = I l / A l = E sl = I sl = f (l, T). (11.12) Par conséquent, un corps qui rayonne de l’énergie à n’importe quelle longueur d’onde est capable de l’absorber à la même longueur d’onde. Si le corps n’absorbe pas d’énergie dans une partie du spectre, il ne rayonne pas dans cette partie du spectre. Il résulte également de la loi de Kirchhoff que le degré de noirceur du corps e est en même temps numériquement égal au coefficient d'absorption A : e = I l / I sl = E / E sl = C / C sl = A. (11.13) Loi de Lambert. L'énergie rayonnante émise par le corps se propage dans l'espace dans différentes directions avec différentes intensités. La loi qui établit la dépendance de l'intensité du rayonnement sur la direction est appelée loi de Lambert. La loi de Lambert établit que la quantité d'énergie rayonnante émise par un élément de surface dF 1 dans la direction de l'élément dF 2 est proportionnelle au produit de la quantité d'énergie émise le long de la normale dQ n par l'angle spatial dsh et cosц, composé par la direction du rayonnement avec la normale (Fig. 11.2) : d 2 Qn = dQ n *dw *cosj . (11.14) Par conséquent, la plus grande quantité d’énergie rayonnante est émise dans une direction perpendiculaire à la surface de rayonnement, c’est-à-dire à (j = 0). À mesure que j augmente, la quantité d’énergie rayonnante diminue et à j = 90° elle est égale à zéro. La loi de Lambert est tout à fait valable pour un corps complètement noir et pour les corps à rayonnement diffus à j = 0 - 60°. Pour les surfaces polies, la loi de Lambert ne s'applique pas. Pour eux, le rayonnement en j sera supérieur à celui dans la direction normale à la surface. Le rayonnement thermique est le processus de transfert d'énergie thermique à travers ondes électromagnétiques. La quantité de chaleur transférée par rayonnement dépend des propriétés du corps rayonnant et de sa température et ne dépend pas de la température des corps environnants. Dans le cas général, le flux de chaleur qui pénètre dans le corps est partiellement absorbé, partiellement réfléchi et traverse partiellement le corps (Fig. 5.2). Q=Q R+Q R+QD , Riz. 5.2. Diagramme de distribution d'énergie rayonnante Où Q est le flux de chaleur incident sur le corps ; Q R- la quantité de chaleur absorbée par le corps, Q R- la quantité de chaleur réfléchie par le corps, QD est la quantité de chaleur qui traverse le corps. On divise les parties droite et gauche par le flux thermique : Quantités UN, R., D, sont appelés respectivement : absorbant, réfléchissant et transmettant du corps. Si R.=D=0, alors UN=1, c'est-à-dire tout le flux de chaleur tombant sur le corps est absorbé. Un tel corps s'appelle complètement noir.
Des corps qui ont UN=D=0, R.=1, c'est-à-dire tout le flux de chaleur incident sur le corps en est réfléchi, sont appelés blanc
. Dans ce cas, si la réflexion sur la surface obéit aux lois de l'optique du corps, on l'appelle en miroir
- si la réflexion est diffuse - absolument blanc.
Des corps qui ont UN=R.=0 et D=1, c'est-à-dire tout le flux qui tombe sur le corps, le traverse, s'appelle diathermique ou complètement transparent.
Les corps absolus n'existent pas dans la nature, mais le concept de tels corps est très utile, en particulier lorsqu'il s'agit d'un corps complètement noir, car les lois régissant son rayonnement sont particulièrement simples, car aucun rayonnement n'est réfléchi par sa surface. De plus, le concept d'un corps complètement noir permet de prouver que dans la nature il n'existe pas de corps qui rayonnent plus de chaleur que les corps noirs. Par exemple, conformément à la loi de Kirchhoff, le rapport de l'émissivité d'un corps E et son pouvoir absorbant UN le même pour tous les corps et ne dépend que de la température, pour tous les corps, y compris absolument noirs, à une température donnée : Depuis le pouvoir d'absorption d'un corps noir parfait Ao=1, et Un 1 Et A2 etc. est toujours inférieure à 1, alors il résulte de la loi de Kirchhoff que l'émissivité limite E o a un corps complètement noir. Puisqu'il n'y a pas de corps absolument noirs dans la nature, la notion de corps gris est introduite, son degré de noirceur e, qui est le rapport de l'émissivité d'un corps gris et noir : Suivant la loi de Kirchhoff et en tenant compte du fait que Ao=1, on peut écrire , d'où UN=e, c'est à dire. le degré d'émissivité caractérise à la fois l'émissivité relative et l'absorptivité du corps.
La loi fondamentale du rayonnement, reflétant la dépendance de l'intensité du rayonnement E o, liée à cette gamme de longueurs d'onde (rayonnement monochromatique), est la loi de Planck. Où je- longueur d'onde, [m] ; À partir de 1\u003d 3,74 × 10 -6 W × m 2, À partir de 2=1,4338×10 -2 m×K ; C1 Et À partir de 2 sont les première et deuxième constantes de Planck. Riz. 5.3. Représentation graphique de la loi de Planck Comme le montre le graphique, un corps noir rayonne à n’importe quelle température dans une large gamme de longueurs d’onde. À mesure que la température augmente, l’intensité maximale du rayonnement se déplace vers des longueurs d’onde plus courtes. Ce phénomène est décrit par la loi de Wien : l max T=2,898×10 -3 m×K, Où lmax est la longueur d'onde correspondant à l'intensité maximale du rayonnement. Pour les valeurs LT>>À partir de 2à la place de la loi de Planck, vous pouvez appliquer la loi de Rayleigh-Jeans, également appelée « loi du rayonnement à ondes longues » : Intensité du rayonnement se référant à toute la gamme de longueurs d'onde de l=0 à je=(rayonnement intégral), peut être déterminé à partir de la loi de Planck en intégrant : Où C o\u003d 5,67 W / (m 2 × K 4) - le coefficient d'un corps complètement noir. L'expression (5.9) est appelée loi de Stefan-Boltzmann, qui a été établie par Boltzmann. Pour les corps gris, la loi de Stefan-Boltzmann s'écrit AVEC=C o e est l'émissivité du corps gris. L'échange thermique par rayonnement entre deux surfaces est déterminé sur la base de la loi de Stefan-Boltzmann et a la forme Où et relations publiques est l'émissivité réduite de deux corps avec des surfaces H1 Et H2 ; Si H 1<<H2 alors l'émissivité réduite devient égale à l'émissivité de la surface H1, c'est à dire. et relations publiques=e 1 . Cette circonstance est à la base de la méthode de détermination de l'émissivité et de l'émissivité des corps gris de petite taille par rapport aux corps qui échangent de l'énergie rayonnante entre eux. Comme le montre la formule (5.13), pour déterminer le degré d'émissivité et d'émissivité AVEC le corps gris a besoin de connaître la température de surface T W corps d'essai, température T f environnement et flux de chaleur rayonnante provenant de la surface du corps Q et. Températures T W Et T f peut être mesuré par des méthodes connues, et le flux de chaleur radiante est déterminé à partir des considérations suivantes : La propagation de la chaleur de la surface des corps vers l’espace environnant se produit par rayonnement et transfert de chaleur avec convection libre. Plein débit Q depuis la surface, le corps sera donc égal à : Q = QL + QK, d'où Q L = Q - QK ; (5.14) QK est la composante convective du flux thermique, qui peut être déterminée selon la loi de Newton : QK = un KH(deux - tf) (5.15) D’autre part, le coefficient de transfert thermique un K peut être déterminé à partir de l’expression (voir travail n°3) : un K = Nu f a f /d(5.16) Où Nu f = c(Gr f Pr f)n. (5.17) La température déterminante dans ces expressions est la température ambiante t f . 5.5.4. Schéma du montage expérimental Le dispositif expérimental dont le schéma de principe est présenté à la fig. 4 est conçu pour déterminer l'émissivité de deux corps - le cuivre et l'aluminium. Les corps étudiés sont des tubes en cuivre (9) et en aluminium (10) (éléments n°1 et 2) d'un diamètre d1=18mm et d2=20mm de longueur L=460mm, disposé horizontalement. A l'intérieur des tubes se trouvent des radiateurs électriques 11 en fil nichrome, qui servent de source de chaleur. Le flux de chaleur est réparti uniformément sur toute la longueur du tuyau. En mode stationnaire, toute la chaleur générée par le radiateur électrique est transférée à travers la surface du tuyau vers l'environnement. Dissipation totale de la chaleur Q de la surface du tuyau est déterminé par la consommation d’électricité. La consommation électrique est régulée par un autotransformateur et mesurée par un ampèremètre et un voltmètre ou wattmètre. Riz. 5.4. Schéma du montage expérimental Pour réduire les pertes de chaleur aux extrémités des tubes, des bouchons calorifuges (12) sont placés. Pour mesurer la température de surface dans les parois de chacun des tubes, 5 thermocouples à cuivre constant sont posés (n°1-5 le premier tuyau et n°7-11 le deuxième tuyau). Les thermocouples sont connectés tour à tour à l'appareil de mesure (13) à l'aide de l'interrupteur (14). 5.5.5. La procédure pour mener des expériences et traiter les résultats Avant de procéder aux travaux de laboratoire, il est nécessaire de se familiariser avec le matériel théorique et le dispositif d'installation. Le travail s'effectue selon deux modes. Tableau 5.2 Tableau de calcul pour les travaux n°2 Après avoir pris les mesures dans le 1er mode, il faut montrer au professeur le carnet d'observation, puis régler le 2ème mode thermique. Le régime thermique permanent se produit en 3 à 5 minutes environ. tout en travaillant sur un PC. Sur chacun des modes, il est nécessaire de produire avec un intervalle de 2-3 minutes. au moins 2 mesures de température sur chacun des thermocouples et de puissance selon les relevés du voltmètre et de l'ampèremètre. Enregistrez les données de mesure dans le journal d'observation - tableau. 5.1. Les mesures doivent être effectuées uniquement en régime permanent. Les résultats des calculs sont résumés dans le tableau. 5.3. Créer des graphiques basés sur les données e = F(t) pour 2 matériaux testés. Comparez les données obtenues avec celles de référence (Tableau 1 – annexes). Les paramètres physiques de l'air sont tirés du tableau. 3 applications à température définie tf . Le calcul des travaux est effectué selon le tableau. 5.2. Tableau 5.3 Journal d'observations pour les articles n°2, 3, 4 La densité du flux thermique lors de l'échange thermique entre un gaz et une surface solide est calculée par la formule : où est l'émissivité d'un corps complètement noir ; Température de la paroi (coquille), K ; e
pr - degré d'émissivité réduit du matériau de la surface du conduit de gaz ; e
d - degré de noirceur du mélange gazeux ; Réduit à la température du mur. Le degré d'émissivité réduit est calculé par la formule : où ec est l'émissivité du matériau du mur (extraite des tableaux). L'émissivité du mélange gazeux est calculée par la formule : où est un facteur de correction qui prend en compte la désobéissance du rayonnement de vapeur d'eau à la loi de Bouguer-Baer ; Correction qui prend en compte l'absorption mutuelle du CO2 et du H2O lorsque les bandes d'émission coïncident (elle peut donc généralement être négligée dans les calculs techniques). Le degré d'émissivité et la capacité d'absorption des composants du mélange gazeux sont déterminés par : 1) À l'aide de nomogrammes. Degré de noirceur du gaz Les valeurs dans ce cas sont également tirées de nomogrammes en fonction de la température du gaz et du produit de la pression partielle du gaz et de la longueur moyenne du trajet du faisceau. Р - pression du gaz, atm ; Température moyenne du gaz, ?С ; Épaisseur effective de la couche rayonnante, m ; V est la valeur du volume de gaz rayonnant, m3 ; FC
- superficie de la coque, m2 ; -
Facteur de correction. Facteur de correction
c est également tracé en fonction de (pH2O l) et pH2O. La capacité d'absorption du mélange gazeux est calculée par la formule
(3.3) Étant donné que la valeur d'absorbance dépend de la température de la paroi, les valeurs dans ce cas sont également tirées de nomogrammes en fonction de la température de la paroi et du produit de la pression partielle du gaz et de la longueur moyenne du trajet du faisceau. 2) À l'aide de formules analytiques. Degré de noirceur
peut être trouvé en utilisant la formule suivante k
- le coefficient d'atténuation total des rayons dans le mélange, déterminé par la formule empirique Pour connaître le degré d'émissivité, la valeur de la température absolue du gaz est substituée à la formule précédente de détermination du coefficient d'atténuation. La capacité d’absorption peut être trouvée par la formule suivante où est le coefficient d'atténuation totale ; pour trouver l'absorbance, on utilise la valeur de la température absolue du verre
nk. Calculez la densité du flux thermique dû au rayonnement des gaz de combustion vers la surface du conduit de fumée avec une section transversale de A x B = 500 x 1 000 mm. Composition du gaz : teneur en CO2 = 10 % ; Teneur en H2O = 5 % ; pression totale du gaz P = 98,1 kPa (1 atm). La température moyenne des gaz dans le conduit de fumée tg = 6500C. La température moyenne de la surface du conduit = 4000C. Le conduit est en laiton. 1. Nous calculons la densité du flux thermique dû au rayonnement à l'aide de nomogrammes. où est l'émissivité du corps noir. Degré de noirceur du laiton selon les données de référence ; Émissivité réduite de la surface du conduit de fumée ; ; Epaisseur effective de la couche rayonnante Pressions partielles des composants Fraction volumique de H2O et CO2 dans le gaz ; PCO2. = 0,1 . 60 = 6 cm.atm. RN2O. = 0,05 . 60 = 3 cm.atm. Facteur de correction qui prend en compte la non-subordination du comportement de la vapeur d'eau à la loi de Bouguer-Baer ; du graphique. Selon les nomogrammes et la température tg = 6500С Degré de noirceur du gaz Selon les nomogrammes et la température
tс = 400 0С Capacité d'absorption des gaz Flux de chaleur résultant 2. Nous calculons la densité du flux thermique dû au rayonnement à l'aide de formules. Facteurs d'atténuation totale Degré de noirceur du gaz Capacité d'absorption des gaz Flux de chaleur résultant Remarque : Les résultats des calculs du degré d'émissivité et d'absorptivité du gaz par les deux méthodes doivent être proches l'un de l'autre. Riz. 3.1. Riz. 3.2. Émissivité en fonction de la température pour H2O
Riz. 3.3. Valeurs de correction en tenant compte de l'influence de la pression partielle de H2O sur le degré d'émissivité
Calcul thermique de l'économiseur (exemple de calcul) Consommation, kg/s Température, °C Vitesse de déplacement, m/s Diamètre du tuyau d
2/d1, Emplacement Pas relatif Épaisseur de couche, mm Dy-mo-vye g
2 t
1 ” d
n Alibaeva L'économiseur à serpentin d'une chaudière à vapeur est conçu pour chauffer l'eau d'alimentation en quantité de G2 de la température t2 "à t2"". L'eau monte à travers des tuyaux d'un diamètre de d2 / d1. Coefficient de conductivité thermique du matériau de la paroi l. Moyenne vitesse de déplacement de l'eau u2. Gaz de combustion (13% CO2 et 11% H2O)
se déplacer de haut en bas dans l'espace annulaire avec une vitesse moyenne dans une section étroite du faisceau de tubes u1. Consommation de gaz G1. Température du gaz à l'entrée de l'économiseur t1", à la sortie t1"". L'emplacement des canalisations dans le faisceau et les pas relatifs sont donnés : transversal y1 = S1/d2 et longitudinal y2 = S2/d2. Sur le gaz côté, la surface des tuyaux est recouverte d'une couche de suie d'épaisseur ds, côté co de l'eau - une couche de tartre d'épaisseur de jours. Les coefficients de conductivité thermique sont pris : pour la suie ls = 0,07 - 0,12 W / m deg, pour l'échelle ln = 0,7 - 2,3 W / m deg. 1. Nous déterminons le diamètre du tuyau en tenant compte de sa contamination par le tartre de l'intérieur et la suie de l'extérieur : 2. Équation du bilan thermique En supposant que la perte de chaleur sur la longueur de l’économiseur est nulle, nous écrivons l’équation du bilan thermique : Température moyenne de l'eau : A cette température, on détermine la capacité calorifique de l'eau > Cp2 = 4,3 kJ/kg g Nous déterminons la charge thermique de l'échangeur de chaleur (pour le caloporteur, pour lequel deux températures sont fixées) On prend approximativement la capacité calorifique des fumées Ср1 et calcule la température des gaz à la sortie Température moyenne des fumées : 3. Détermination de la différence de température moyenne Différence de température: Remarque : si tb tm 1,5 - la valeur moyenne arithmétique de la différence de température est déterminée. 4. Calcul du coefficient de transfert thermique du mur vers l'eau Paramètres thermophysiques de l'eau à température ce qui suit: Nombre de Reynolds pour l'eau : Le régime d'écoulement est turbulent Numéro Nusselt : Puisque la température de la paroi est inconnue, en première approximation nous prenons Coefficient de transfert de chaleur du mur à l'eau 5. Calcul du coefficient de transfert thermique par convection des fumées vers le mur
pr = 
1 = 0.80
.
. Ainsi, le bilan thermique du tube écran est exprimé par l'équation
à l'entrée du conduit de gaz t / = 1000 0 C, et à la sortie du conduit de gaz t // = 800 0 C. La température extérieure
= 0,45 ata. Température du mur t st = 300 0 C. Déterminez la quantité de chaleur transférée par rayonnement pour 1 mètre linéaire. m de tuyau.
\u003d 0,225 0,45 \u003d 0,101 m ata.
= 0,10 : à t = 300 0 С 
= 0,095. Puisqu'il n'y a pas de vapeur d'eau dans le mélange, 
gaz = 0,10 et 
=
0,095.
\u003d 0,64, rayonne de la chaleur en quantité
=
0,055).
= 0,64). Déterminez la quantité de chaleur rayonnée si la température dans la chaufferie t 2 = 35°C. Déterminez également le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement.
= 0,3. Déterminer la quantité de chaleur rayonnée par l'orifice de cuisson du four, fermé par une porte en fonte ( 
\u003d 0,78) ainsi que la température de la porte elle-même, si la température dans la chaufferie t 2 \u003d 30 0 С (la porte en fonte peut être considérée comme un écran plat entre la torche et l'environnement). Degré de noirceur environnement prendre égal à 1,0.
= 0,82). Diamètre du tamis d e = 0,3 M. Il y a de l'air entre la conduite de vapeur et le tamis en acier. Lors de la détermination de la perte de chaleur due au rayonnement, l'échange thermique par convection entre l'écran et l'air n'est pas pris en compte. Déterminez également la température de l’écran. Comparez les résultats avec la réponse au problème 458. Réponse : q = 1458 kcal/rm. m heure; t e = 199°C.
= 0,055). La distance entre les couches de film est 
= 5 mm. Déterminez combien de fois la perte de chaleur par rayonnement d'un pipeline de vapeur isolé est inférieure à la perte de chaleur d'un pipeline de vapeur non isolé. Réponse : 127 fois moins.
= 0,18 ata et 
= 0,08 ata.
12,8 kcal/m 2 heure deg.Transfert de chaleur radiante entre corps dans un milieu transparent (émissivité réduite du système, calcul du transfert de chaleur, méthodes de réduction ou d'augmentation de l'intensité du transfert de chaleur).
(29-19)
(29-20)
L'épaisseur de la couche de gaz s dépend de la forme du corps et est définie comme la longueur moyenne du faisceau selon le tableau empirique.
(29-21).
(29-22)
(29-23)
DÉTERMINATION DE L'ÉMISSION ET DU CORPS NOIR
.
,
Sur la fig. 5.3 cette équation est présentée graphiquement. 
. (5.10)
, (5.11)
. (5.12)
. (5.13)
N° p/p Nom de la valeur Détermination des quantités et des rapports de conception Premier mode
Élément 1 Élément 2
1.
Le critère de Grasgoff 
UN. Coefficient de dilatation volumique 
V. différence de température Dt = deux - tf
Avec. Coefficient de viscosité cinématique de l'air nf, m 2 / seconde
2.
Critère de Nusselt Nu f = c (Cr f Pr f)n
UN. Critère de Prandtl Pr f
V. Les coefficients sont sélectionnés dans le tableau. 6.2. (Voir ouvrage n°3)
c
n
3.
Surface du tuyau
4.
Coefficient de transfert de chaleur
UN. Coefficient de conductivité thermique de l'air. si
5.
Composante convective du flux de chaleur. 
6.
La quantité de flux de chaleur rayonnante
7.
Degré de noirceur 
8.
Émissivité
9.
Émissivité moyenne
Mode 1
Élément 1 Élément 2
Numéro de mesure
Tension tu
Force actuelle je
flux de chaleur Q=tu× je/2
Températures de surface des tuyaux
Numéro de thermocouple
E-mail 1 El.2
Température moyenne
Température de l'air (lectures DTV)
Détermination du degré de noirceur du gaz
Exemple de calcul
