Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 5: Trao đổi nhiệt bức xạ - Nguyễn Thị Minh Trinh

Nội dung text: Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 5: Trao đổi nhiệt bức xạ - Nguyễn Thị Minh Trinh

1. MÔN HỌC: TRUYỀN NHIỆT CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 1
2. Chƣơng 5 TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ Khái niệm cơ bản về Các định luật cơ bản bức xạ nhiệt về bức xạ nhiệt Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn đặt trong môi trường trong suốt Hai tấm phẳng Hai vật Tác dụng của đặt song song bọc nhau màng chắn CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 3
3. Chƣơng 5 5.1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt  Vật có khả năng phát ra các tia bức xạ, thì nó cũng có khả năng hấp thụ bức xạ từ các vật khác chiếu đến. Quá trình phát xạ và hấp thụ luôn diễn ra đồng thời, và ta gọi đó là quá trình trao đổi nhiệt bằng bức xạ.  Nếu nhiệt độ của vật càng cao thì lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ càng lớn.  Trao đổi nhiệt bức xạ không cần tiếp xúc trực tiếp và có thể xảy ra trong môi trường chân không. CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 5
4. Chƣơng 5 5.1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt CÁC THÀNH PHẦN CỦA NĂNG LƢỢNG BỨC XẠ (tt) Vật có:A = 1 được gọi là vật đen tuyệt đối R = 1 được gọi là vật trắng tuyệt đối (gƣơng) D = 1 được gọi là vật trong suốt tuyệt đối Ví dụ: Vật có bề mặt màu đen có A  1 Không khí sạch có thể coi như D = 1 Trong kỹ thuật, các vật rắn thường gặp có D = 0 và A + R = 1 được gọi là VẬT ĐỤC CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 7
5. Chƣơng 5 5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt ĐỊNH LUẬT PLANK Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và chiều dài bước sóng: 5 C1 2 Eo ,W/m eC2 T 1 Với C1 và C2 là hằng số Plank thứ nhất và thứ hai –15 2 C1 = 0,374.10 ,Wm –2 C2 = 1,4388.10 ,mK  – Chiều dài bước sóng ,m T – Nhiệt độ tuyệt đối của vật ,K e – Cơ số logarit tự nhiên CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 9
6. Chƣơng 5 5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt ĐỊNH LUẬT WIEN Nhiệt độ càng tăng thì giá trị cực đại m của quang phổ càng dịch về phía bước sóng ngắn  m T 2,9 Với  – Chiều dài bước sóng ,m T – Nhiệt độ tuyệt đối của vật ,K CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 11
7. Chƣơng 5 5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ của vật với hệ số hấp thụ A - Xét 2 tấm phẳng đặt song song; 1 tấm là vật đen, 1 tấm là vật xám E1 E2 E n  Eo f T A1 A2 A n Hay 4 T C E E 100 Eo 4  A A Eo T Co 100 CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 13
8. Chƣơng 5 5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn TRƢỜNG HỢP HAI TẤM PHẲNG ĐẶT SONG SONG CÓ BỐ TRÍ MÀNG CHẮN Xeùt trường hợp giữa 2 taám phaúng song song đặt một maøn chắn böùc xaï coù ñoä ñen c  Mật độ dòng nhiệt do bức xạ truyền qua giữa 2 tấm phẳng: 4 4 T1 T2 Co 100 100 q 12 1 1 1 1 1 1 2 1 2 c 2 2 2 Sô ñoà maïng nhieät trôû böùc xaï ,W/m2 CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 15
9. Chƣơng 5 5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn TRƢỜNG HỢP HAI VẬT BỌC NHAU 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. Ñaëc ñieåm: Naêng löôïng böùc xạ 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. CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 17
10. Chƣơng 5 5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn TRƢỜNG HỢP HAI VẬT BỌC NHAU (tt) 4 4 C F T T Q o 1 1 2 12 100 100 1 F1 1 1 1 F2 2 1 4 4 ñaët 12 T1 T2 1 F1 1 Q12 12CoF1 1 100 100 1 F2 2 Tröôøng hôïp ñaëc bieät: Khi F1 << F2 (töùc F1/F2 0) 4 4 T1 T2 Q12 1F1Co 1F1 E1 E2 100 100 Ñoä ñen 2 khoâng aûnh höôûng ñeán quaù trình trao ñoåi nhieät böùc xaï CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 19
11. Chƣơng 5 5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn VÍ DỤ VD 5.2 Hai vách phẳng có cùng diện tích F = 5m2 đặt song song và thẳng góc, khoảng cách giữa 2 vách rất nhỏ so với diện tích mỗi vách. Môi trường giữa 2 vách là chân không Vách I: nhiệt độ 3270C độ đen 0,8 Vách II: nhiệt độ 1270C độ đen 0,9 1. Xác định khả năng bức xạ hiệu dụng của vật thứ I (tổng năng lượng phát ra từ vật thứ I). 2. Nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa 2 vách 3. Nếu giữa 2 vách có đặt một màng chắn có cùng diện tích và có độ đen là thì nhiệt lượng trao đổi giữa 2 vách là bao nhiêu? Tính nhiệt độ màng chắn 4. Để giảm nhiệt lượng trao đổi giữa 2 tấm xuống 10 lần so với trường hợp không đặt màng chắn thì phải đặt bao nhiêu màng chắn có độ đen 0,28 CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH 21