Chuong 11 Buc xa nhiet.pdf

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN
CHƯƠNG 11
BỨC XẠ NHIỆT
1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt
2. Caùc ñònh luaät cô baûn veà böùc xaï nhieät
3. Trao đổi nhiệt böùc xaï giöõa hai taám phaúng ñaët song song
4. Trao ñoåi nhieät böùc xaï giöõa hai vaät boïc nhau

2
1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt:

3
Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt:
Moät vaät baát kyø coù nhieät ñoä T → coù nhieät naêng → moät phaàn
nhieät naêng bieán thaønh naêng löôïng soùng ñieän töø → truyeàn ñi
trong khoâng gian → gaëp vaät theå khaùc → Haáp thuï → bieán laïi
thaønh nhieät naêng
Moät vaät luoân phaùt ra naêng löôïng böùc xaï vaø
nhaän naêng löôïng böùc xaï töø vaät theå khaùc
chieáu ñeán.

4
BAÛNG PHAÂN LOAÏI THEO BÖÔÙC SOÙNG
Trao ñoåi nhieät böùc xaï: là quá trình trao đổi nhiệt
xảy ra giữa các vật có nhiệt độ khác nhau đặt cách xa
nhau → Năng lượng bức xạ truyền trong không gian
dưới dạng sóng điện từ.
Daïng böùc xaï Chieàu daøi böôùc soùng
Tia vuõ truï 0,05.10-6
Tia gamma (0,5  1,0).10-6
Tia Rônghen 10-6  20.10-3
Tia töû ngoaïi 20.10-3  0,4
Tia saùng 0,4  0,8
Tia hoàng ngoaïi 0,8  400
Soùng voâ tuyeán ñieän 0,2mm  X km

5
Doøng böùc xaï, heä soá haáp thuï, heä soá phaûn xaï vaø heä soá xuyeân qua:
Thaønh phaàn
haáp thuï
Thaønh phaàn
phaûn xaï
Thaønh phaàn
xuyeân qua
Tia tôùi
Qo: doøng böùc xaï chieáu leân beà maët (W);
QA: moät phaàn haáp thuï bieán thaønh nhieät
;
QR: moät phaàn phaûn xaï;
QD: moät phaàn xuyeân qua
Qo
QD
QA
QR
D
R
A
o Q
Q
Q
Q +
+
=
1
D
R
A
Q
Q
Q
Q
Q
Q
o
D
o
R
o
A
=
+
+
=
+
+

6
A, R, D: heä soá haáp thu, phaûn xaï, xuyeân qua; Bieán ñoåi töø
0  1, phuï thuoäc vaøo baûn chaát vaät lyù cuûa vaät, nhieät ñoä, vaø
chieàu daøi böôùc soùng.
1
D
R
A
Q
Q
Q
Q
Q
Q
o
D
o
R
o
A
=
+
+
=
+
+
A = 1 vaät ñen tuyeät ñoái
R = 1 vaät traéng tuyeät ñoái.
D = 1 vaät trong tuyeät ñoái.
Vaät xaùm: D = 0 vaø A + R =
1

7
➢ Khaû naêng böùc xaï baùn caàu E [W/m2]
Laø doøng böùc xaï phaùt ra treân moät ñôn vò dieän tích dF, öùng
vôùi moät ñôn vò thôøi gian treân toaøn boä khoâng gian nöûa baùn caàu
öùng vôùi taát caû caùc böôùc soùng  = 0  
dF
dQ
E = (W/m2)
 
=
F
dF
E
Q
Naêng löôïng böùc xaï Q (W):
(W)

8
➢ Khaû naêng böùc xaï ñôn saéc E [W/m2]
Laø maät ñoä böùc xaï baùn caàu öùng vôùi moät giaûi heïp cuûa chieàu
daøi böôùc soùng (chæ xeùt vôùi 1 daõi böôùc soùng heïp  →  +d)

=

d
dE
E (W/m3)


 

=
0
d
E
E
Böùc xaï baùn caàu E (W/m2):
(W/m2)

9
Xeùt doøng böùc xaï tôùi töø beân ngoaøi E2 chieáu leân beà maët vaät xaùm (A + R = 1)
E1
E2
=
+
A1*E2
E1 + (1-A1)E2
=
Vật 1
(Ehd gọi là khả năng bức xạ hiệu
dụng của vật)
- Năng lượng bức xạ vaät 1 phaùt
ra:
Ehd = E1 + (1-A1)E2 (W/m2)
- Năng lượng bức xạ mà vật 1 trao đổi với môi trường xung quanh là:
q = E1 – A1E2 = Ekq (W/m2)
➢ Khaû naêng böùc xaï hieäu duïng Ehd
Ekq: khaû naêng böùc xaïkeát quaû

10
2. Caùc ñònh luaät cô baûn veà böùc xạ nhiệt:
➢ Ñònh luaät Planck:
Ñònh luaät thieát laäp moái quan heä giöõa khaû naêng böùc xaï ñôn saéc cuûa
vaät ñen tuyeät ñoái Eo = f(,T)
1
e
C
E )
T
(
C
5
1
o 2
−


= 

−

3
m
W
Vôùi C1, C2 laø haèng soá Planck thöù nhaát vaø thöù hai
K
.
m
10
.
4388
,
1
C
m
.
W
10
.
3742
,
0
C
2
2
2
15
1
−
−
=
=
 – chieàu daøi böôùc soùng, m
T – nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa vaät, K

11
Ñoà thò Maät ñoä doøng ñôn saéc – chieàu daøi böôùc soùng

12
➢ Ñònh luaät Stefan – Bolztmann:
Ñònh luaät naøy thieát laäp moái quan heä giöõa khaû naêng böùc xaï baùn caàu
cuûa vaät ñen tuyeät ñoái phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä
với Co = 5,67 W/m2.K4 : hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
với  = C/Co (0 <  < 1): độ đen của vật
- Khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối:
4
o
o
100
T
C
E 





= (W/m2)
4
o
4
100
T
C
100
T
C
E 






=






= (W/m2)
- Đối với vật xám :

13
➢ Ñònh luaät Kirchhoff:
Ñònh luaät naøy thieát laäp moái quan heä giöõa khaû naêng böùc xaï  cuûa vaät
vôùi heä soá haáp thuï A.
Vaät
ñen
Vaät xaùm
To
Ao=1
T1
A1
Eo
(1-A1).Eo
E1
A1.Eo
Xeùt hai taám phaúng ñaët song song vôùi:
– Kích thöôùc lôùn so vôùi khoaûng caùch
– Vaät ñen coù nhieät ñoä To, khaû naêng
böùc xaï Eo
– Vaät xaùm coøn laïi coù nhieät ñoä T1,
khaû naêng böùc xaï E1, heä soá haáp thuï A1

14
Nhieät löôïng trao ñoåi baèng böùc xaï giöõa 2 taám:
o
1
1 E
A
E
q −
=
ÔÛ ñieàu kieän caân baèng nhieät ñoäng (To = T1) thì q = 0 neân:
0
E
A
E o
1
1 =
−
A = 
Thay vaät xaùm 1 baèng caùc vaät xaùm khaùc, toång quaùt:
( )
T
f
E
A
E
A
E
A
E
o
n
n
2
2
1
1
=
=
=
=
= 
o
1
1
E
A
E
=
A
100
T
C
100
T
C
E
E
4
0
4
0
=

=












=

Taám 1: coù nhieät ñoä T1, heä soá haáp thu A1.
Taám 2: coù nhieät ñoä T2, heä soá haáp thuï A2.
Dieän tích taám F1 = F2 = F
Naêng löôïng trao ñoåi nhieät BX giöõa hai taám laø:
Q12 = Q1hd – Q2hd
Vì hai taám coù dieän tích nhö nhau neân coù theå vieát:
q12 = E1hd – E2hd
trong ñoù



−
+
=
−
+
=
hd
hd
hd
hd
E
)
A
(
E
E
E
)
A
(
E
E
1
2
2
2
2
1
1
1
1
1
3. Trao ñoåi nhieät böùc xaï giöõa taám phaúng ñaët song song:
15
➢ Hai taám phaúng ñaët song song:

16
Tìm ñöôïc E1hd vaø E2hd









−
+
−
+
=
−
+
−
+
=
2
1
2
1
1
2
2
hd
2
2
1
2
1
2
1
1
hd
1
A
A
A
A
E
)
A
1
(
E
E
A
A
A
A
E
)
A
1
(
E
E
2
1
2
1
2
1
1
2
12
A
A
A
A
E
A
E
A
q
−
+
−
=
Theo ñònh luaät Stefan – Boltzmann:
4
1
1
1
100







=
T
C
E o
4
2
2
2
100







=
T
C
E o
Theo ñònh luaät Kirchhoff: A =  ;















−






−

+

=
4
2
4
1
2
1
12
100
100
1
1
1
T
T
C
q o
Hoaëc














−







=
=
4
2
4
1
o
12
12
12
100
T
100
T
C
.
F
F
q
Q W
1
1
1
1
2
1
12
−

+

=

Ñoä ñen cuûa heä:
17
Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa hai taám laø
2
m
W

Nhieät trôû böùc xaï beà maët taám phaúng.






−

=
2
1
1
R








−

+








−

−
=
2
1
1
2
1
1
E
E
q
2
1
2
o
1
o
12
Sô ñoà maïng nhieät trôû böùc xaï
18
18














−






−

+

=
4
2
4
1
2
1
o
12
100
T
100
T
1
1
1
C
q
2
1
R
R
E
E
q 2
o
1
o
12

 +
−
=

Xeùt trường hợp giữa 2 taám
phaúng song song đặt một maøn
chắn böùc xaï coù ñoä ñen c
Maøn chaén böùc xaï: laø vaät
xaùm, boû qua nhieät trôû daãn nhieät








−

+








−

+








−















−






=
2
1
1
2
1
1
2
2
1
1
100
T
100
T
C
q
2
c
1
4
2
4
1
o
12
2
c
1
R
R
2
R
E
E
q 02
01
12


 +
+
−
=
➢ Taám phaúng ñaët song song coù boá trí maøng chaén:
Sô ñoà maïng nhieät trôû böùc xaï
19


=








−

+








−

+








−















−






= n
1
i 2
ci
1
4
2
4
1
o
12
2
1
1
2
1
1
2
2
1
1
100
T
100
T
C
q
Tröôøng hôïp n maøng chaén coù ñoä ñen khaùc nhau:














−

+








−

+















−






=

=
n
1
i ci
2
1
4
2
4
1
o
12
1
2
1
1
1
100
T
100
T
C
q
Nhieät trôû böùc xaï:








−

=

2
1
1
R
1
1








−

=

2
1
1
R
c
c 







−

=

2
1
1
R
2
2
20
20

Khaûo saùt:
+ Vaät 1: dieän tích F1, nhieät ñoä T1, heä soá haáp thu A1,
+ Vaät 2: dieän tích F2, nhieät ñoä T2, heä soá haáp thu A2,
Vì F1  F2 : tính doøng böùc xaï Q12.
4. Trao ñoåi nhieät böùc xaï giöõa hai vaät boïc nhau:
Ví duï: trao ñoåi nhieät trong buoàng ñoát, böùc xaï cuûa vaät theå ñaët trong
phoøng, böùc xaï trong thieát bò …
Ñaëc ñieåm:
Naêng löôïng böùc xa cuûa vaät 1 phaùt
ra toaøn boä rôi treân vaät 2, coøn naêng
löôïng böùc xaï phaùt ra töø vaät 2 chæ coù
moät phaàn rôi leân vaät 1, phaàn coøn laïi
rôi leân chính baûn thaân noù
21
21

Trong ñoù
( )
( ) ( )( ) 





−
−
+
−
+
=

−
+
=
hd
2
21
2
hd
1
2
2
hd
2
hd
2
21
1
1
hd
1
Q
1
A
1
Q
A
1
Q
Q
Q
A
1
Q
Q
(1)
hd
2
21
hd
1
12 Q
Q
Q 
−
=
- Goïi 21: laø soá % naêng löôïng böùc xaï cuûa vaät 2 rôi leân vaät 1 (heä
soá chieáu xaï hoaëc heä soá goùc)
Ta coù naêng löôïng böùc xaï trao ñoåi giöõa 2 vaät:
Naêng löôïng böùc xaï baûn thaân caùc vaät:














=
=







=
=
2
4
2
o
2
2
2
2
1
4
1
o
1
1
1
1
F
100
T
C
F
E
Q
F
100
T
C
F
E
Q (2)
22
22

Trong ñieàu kieän caân baèng nhieät ñoäng (T1 = T2 = T) thì Q12 = 0:
0
100
T
F
100
T
F
4
2
21
4
1 =







−






2
1
21
F
F
=

Heä soá goùc 21 thuaàn tuùy mang tính chaát hình hoïc, khoâng
phuï thuoäc baûn chaát vaät lyù cuûa vaät.
Giaûi heä phöông trình (1) vaø (2) tìm ñöôïc Q1hd , Q2hd















−














−


+

=
4
2
2
21
4
1
1
2
21
1
o
12
100
T
F
100
T
F
1
1
1
C
Q
23
23

Khi ñoù naêng löôïng böùc xaï trao ñoåi giöõa hai vaät:














−














−

+

=
4
2
4
1
2
2
1
1
1
o
12
100
T
100
T
1
1
F
F
1
F
C
Q
ñaët








−

+

=

1
1
F
F
1
1
2
2
1
1
12














−







=
4
2
4
1
1
o
12
12
100
T
100
T
F
C
Q
Tröôøng hôïp ñaëc bieät:
• Khi F1 << F2 (töùc F1/F2  0)
( )
2
1
1
1
4
2
4
1
o
1
1
12 E
E
F
100
T
100
T
C
F
Q −

=














−







=
Ñoä ñen 2 khoâng aûnh höôûng ñeán quaù trình trao ñoåi nhieät böùc xaï
• Khi F1  F2 (töùc F1/F2 = 1): tröôøng hôïp 2 taám phaúng song song
24

25
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
học Bách Khoa TpHCM
3. Nguyễn Toàn Phong, Bài Giảng môn học truyền nhiệt, Trường
Đại học Bách Khoa TpHCM
4. J.P.Holman, heat transfer, Ninth edition, Mc Grew Hill.

26
HẾT CHƯƠNG 11

Chuong 11 Buc xa nhiet.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Chuong 11 Buc xa nhiet.pdf

Similar to Chuong 11 Buc xa nhiet.pdf (20)

More from NguyninhVit

More from NguyninhVit (15)

Chuong 11 Buc xa nhiet.pdf