Μετάδοση Θερμότητας με Ακτινοβολία

Παρουσίαση με θέμα: "Μετάδοση Θερμότητας με Ακτινοβολία"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 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)

2

3 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, Τ4 = 5,67(------) Τ- απόλυτος θερμοκρασία 100 Συνήθη σώματα είναι τεφρά με βαθμό μελανότητας ε ε = Ε/Εb Τ E = ε.σ.Τ4 = 5,67ε(------)4 100

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

5 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.

6 Απεικόνιση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπουν διάφορα αντικείμενα με θερμοκάμερα.

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

8 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+….= Κανόνας αθροιστικότητας Οι επιφάνειες Α1 και Α2 είναι παράλληλες και λείες οπότε: F12=F21=1, F11=F22=0

9 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)

10 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)

11 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

12 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

13 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= W/m.K 20 oC) 100 oC) Q q= --- = = W A / Ακτινοβολία Ε=ε.σ.(Τ4-Τs4) Ε=0,8x5, x( ) = 544W

14 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, ( ) = W/m2