Μετάδοση Θερμότητας με Ακτινοβολία Θερμική ακτινοβολία ≡ Υπέρυθρη ακτινοβολία α = απορροφημένο ποσοστό Ε = h.ν ≡ 1 α γ = ανακλώμενο ποσοστό τ τ = ποσοστό που διαπερνά το σώμα γ α + γ + τ = 1 αν: α = 1 , γ = τ = 0 απολύτως μελανά σώματα (άνθρακας – κάρβουνο) αν: γ = 1 , α = τ = 0 απολύτως λευκά ή κατοπτρικά σώματα (λεία επιφάνεια μετάλλου) αν: τ = 1 , α = γ = 0 απολύτως διαπερατά ή διαφανή σώματα ( αέρας)

Ολική ικανότητα εκπομπής Ε Q Q- ενέργεια που εκπέμπεται, τ – χρόνος, Ε = ----- A.τ Α- επιφάνεια Απολύτως μελανά σώματα - Νόμος Stefan-Boltzmann Τ Eb = σ.Τ4 = 5,67.10-8.Τ4 = 5,67(------)4 Τ- απόλυτος θερμοκρασία 100 Συνήθη σώματα είναι τεφρά με βαθμό μελανότητας ε ε = Ε/Εb Τ E = ε.σ.Τ4 = 5,67ε(------)4 100

Θερμό μέταλλο από σιδηρουργείο. Η πορτοκαλοκίτρινη λάμψη αποτελεί το ορατό μέρος του φάσματος της θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται λόγω της ψηλής θερμοκρασίας.

Φάσμα ακτινοβολίας μέλανος σώματος. Η κορυφή (η συχνότητα που εκπέμπεται το μεγαλύτερο ποσό ενέργειας) μετατοπίζεται από την περιοχή υπέρυθρης (πάνω από 700nm μήκος κύματος) στους 3500Κ στη περιοχή του ορατού φάσματος για ακόμα μεγαλύτερες θερμοκρασίες.

Απεικόνιση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπουν διάφορα αντικείμενα με θερμοκάμερα.

Δυο διαφορετικές επιφάνειες αλουμινόχαρτου γ → 0 α → 1 τ = 0 γ → 1 α → 0 τ = 0

Εναλλαγή ακτινοβολίας μεταξύ στερεών σωμάτων Α1F12=A2F21 θεώρημα της αμοιβαιότητας F: γεωμετρικός συντελεστής ή συντελεστής γωνίας ή ορατότητας F12: κλάσμα ακτινοβολίας εκπέμπεται από επιφάνεια Α1 και προσπίπτει στην επιφάνεια Α2 (0-1) F21: κλάσμα ακτινοβολίας εκπέμπεται από επιφάνεια Α2 και προσπίπτει στην επιφάνεια Α1 (0-1) F11+F12+F13+….=1 F21+F22+F23+….=1 Κανόνας αθροιστικότητας Οι επιφάνειες Α1 και Α2 είναι παράλληλες και λείες οπότε: F12=F21=1, F11=F22=0

Ρυθμός εναλλαγής θερμότητας Q12 μεταξύ δυο τεφρών επιφανειών Α1 και Α2 Q12 = σ Φ12 A1 (T14-T24) Φ12 : συνολικός παράγοντας εναλλαγής ακτινοβολίας 1 Φ12= 1/F12 + (1/ε1 – 1) + (Α1/Α2) (1/ε2 -1) Περίπτωση: 1. Τεφρή επιφάνεια Α1 περιβάλλεται πλήρως από μελανή Α2 (ε2=1) Φ12=ε1 Q12=ε1σΑ1(Τ14-Τ24) Επιφάνεια περιβάλλεται από ατμοσφαιρικό αέρα που θεωρείται μελανό σώμα 2. Μεταξύ δυο μελανών επιφανειών (ε1=ε2=1) Q12=σF12A1(T14-T24)

Απορροφήσεις από μόρια που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα H ακτινοβολία του ήλιου προς τη γη Απορροφήσεις από μόρια που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα Ορατή ακτινοβολία Ρυθμός εναλλαγής θερμότητας μεταξύ αερίου και επιφάνειας Α (κλειστού χώρου-μελανού σώματος) Q/A=q=εg(Tg4-Tw4)

Η διέγερση ημιαγωγών από την ακτινοβολία Φωτοκαταλυτική δράση ημιαγωγού hν λ<380nm Ζώνη Αγωγιμότητας Ζώνη Σθένους ΑΝΑΓΩΓΗ ΟΞΕΙΔΩΣΗ O2 O-2 OH* CO2 + H2O OH* + Ρύπος e- h+ H2O

Φωτοκαταλυτική δράση TiO2 ΤiO2 + hv  e- + h+ h+ + Rads  R+ λ<380nm Ζώνη Αγωγιμότητας Ζώνη Σθένους ΑΝΑΓΩΓΗ ΟΞΕΙΔΩΣΗ O2 O-2 OH* CO2 + H2O OH* + Ρύπος e- h+ H2O Φωτοκαταλυτική δράση TiO2 ΤiO2 + hv  e- + h+ h+ + Rads  R+ h+ + ΟΗ-  .ΟΗ h+ + Η2Ο  .ΟΗ + Η+ e- + O2  O2.- O2.- + Η+  .ΗΟ2 2.ΗΟ2  Η2Ο2 + Ο2 Η2Ο2 + e-  .Η2Ο2 .Η2Ο2 + O2.- .ΟΗ + ΟΗ- + Ο2 Η2Ο2 + hν  2.ΟΗ

Σύνθετη μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία και μεταφορά ΔT q= Q/A = ------ x/k Αγωγή kαέρα= 0,0274 kcal/m.hr.oC (100 oC) ή kαέρα= 3.187.10-5 W/m.K 20 oC) 100 oC) Q 100-20 q= --- = -------------------- = 0.051 W A 0.050/3.187.10-5 Ακτινοβολία Ε=ε.σ.(Τ4-Τs4) Ε=0,8x5,67.10-8x(2934-3734) = 544W

Πρόβλημα Λύση Τ1=393oΚ, ε1=0,80 Υπολογισμός: Ε=Q/A Ταέρα=293 oΚ, εαερα=1,00 E = ε.σ.(Τ14-Ταερα4) = 0,80.5,67.10-8.(3934-2934) = 747.7 W/m2