Поверхнями

Теплообмін між двома паралельними абсолютно чорними

Вважаємо поверхні нескінченно протяжні так, що випромінювання одної поверхні попадає на другу поверхню. По закону Стефана-Больцмана перша поверхня має таку випромінювальну спроможність (рис.3.8)

Інша поверхня випромінює

Якщо , то енергія переходить від першої поверхні до другої. Результативне випромінювання першої поверхні склада

( 3.11 )

 

Рисунок 3.8. Дві паралельні абсолютно чорні поверхні

3.7 Теплообмін між двома сірими, паралельними поверхнями ( рис.3.8)

 

Рисунок 3.9. Дві паралельні сірі поверхні

 

Розглянемо послідовність процесів випромінювання, поглинання та відбиття першою та другою поверхнями.

Перша поверхня випромінює енергію Е1, друга Е2. Е1 попадає на другу поверхню і частково вбирається. Поглинене випромінювання становить А2Е1, відбите (1-А21. Цей залишок спрямовано на першу поверхню, також частково поглинається А1(1-А2)Е і частково відбивається (1-А1) (1-А21. Це відбите випромінювання знову спрямовується на другу поверхню, де частково поглинається А2(1-А1)(1-А21, а решта (1-А2)2( 1-А1)Е знову відправляється на першу поверхню.

Складемо таблицю, в якій зобразимо історію випромінювання Е1.

 

Таблиця 3.1 – Історія випромінювання Е1

Поверхня 1 Поверхня 2
Вбирання Відбиття Вбирання Відбиття
    А2Е1 (1-А21
А1(1-А21 (1-А1)(1-А21 А2(1-А1)(1-А21 (1-А2)2(1-А11
А1(1-А1)2(1-А11 (1-А1)2(1-А2)2Е1 А2(1-А1)2(1-А2)2Е1 (1-А2)2(1-А1)2Е1

 

Маємо геометричні прогресії, сума яких дорівнює

( 3.11 )

де а1 – перший член прогресії;

q –знаменник прогресії, тобто вираз, на який помножений кожний попередній член прогресії.

У нашому випадку маємо для вбирання першою поверхнею

Тобто у сумі вбирання поверхнею 1 від Е1

( 3.12 )

Для другої поверхні

а енергія , вібрана нею частиною першої поверхні

Тобто вся енергія випромінювання першої поверхні поглинається після багаторазових поглинань та відбиття частково першою, а частково другою поверхнями.

Аналогічно розглянемо історію вбирань та відбиттів другою поверхнею від E2.

 

Таблиця 3.2 – Історія випромінювання Е2

Поверхня 1 Поверхня 2
Вбирання Відбиття Вбирання Відбиття
А1Е2 (1-А12 А2(1-А12 (1-А2) (1-А12
А1 (1-А1)(1-А22 (1-А1)(1-А22 А2(1-А1)2(1-А22 (1-А2)2(1-А12
А1(1-А1)2(1-А22 (1-А1)2(1-А2)2Е2 А2(1-А1)3(1-А2)2Е2 (1-А1)3(1-А2)3Е2

 

і т.д.

Частина енергії Е2, вібрана першою поверхнею

( 3.13 )

Частина енергії Е2, вібрана другою поверхнею

( 3.14 )

Вся енергія Е2 в решті решт після багаторазових вбирань та відбитків становить як сума виразів ( 3.13) та (3.14)

Таким чином перша поверхня випромінює згідно з законом Стефана-Больцмана Е1, Вт/м2. В той же час вона вбирає енергію ( частину випромінювання Е1) та енергію ( частину власного випромінювання Е2), тобто в сумі вбирає . Різниця між власним випромінюванням та вібраним становить дебаланс енергії:

Аналогічно

.

Таким чином

.

Знак мінус показує, що коли енергія для одної пластини приходить, то для іншої виходить.

Розділивши чисельник та знаменник правої частини виразу Е12 на А1А2 отримаємо:

 

Маючи на увазі закон Кірхгофа, бачимо

 

 

Тоді

, ( 3.16 )

 

де

- приведений коефіцієнт поглинання (приведена міра чорноти).