Излучение в ослабляющей среде.

В металлургической практике распространены такие случаи теплообмена излучением, когда поверхности учавствующие в теплообмене разделены ослабленной средой. Как правило это дымовые газы, которые могут содержать частички углерода и золы. Тепловой поток в такой среде будет ослабляться за счет того, что частички (атомы) газов поглощаются и рассеивается тепловая энергия. Наиболее часто встречаюся случаи для которых ослабление происходит за счет поглощения, а рассеиванием энергии пренебрегают.

Согласно закону Бугера относительно ослабленное излучение в слое среды пропорционально толщине этого слоя.

Согласно закону Бера изменение интенсивности излучения пропорционально концентрации ослабляющего вещества.

В соответствии с законом Бугера – Бера

 - концентрация ослабевающего вещества;

 - толщина слоя;

 - характеризует способность частиц поглощать излучение волн длиной  и называется спектральный коэффициент ослабления.

Если  и  не зависят от , то интенсивность излучения определяется по формуле

S – толщина слоя;

“ и ‘ – интенсивность излучения в начале и в конце слоя.

Так как газовая среда не отражает падающее излучение, то поглощающая способность равна отношению поглощающего потока к падающему

Следовательно

В соответствии с законом Киргоффа, для равновесной системы спектральнаяя степень черноты и поглощающая способность равны между собой

Следовательно, чем больше произведение ( ), тем больше степень ччерноты.

Поскольку одни и те же частицы реагируют на излучение вонл разной длины не один закон Бугера – Бера наиболее точно не соблюдается при малых концентрациях ослабевающего вещества.

Для практических расчетов используется понятие серый газ для которого поглощающая способность и степень поглощения во всех частях спектра равны.

Излучение газов и пламени.

Одно- и двухатомные газы практически прозрачны для теплового излучения. Значительной излучающей и поглощающей способностью, имеющей практическое значение, обладают трех- и многоатомные газы. Для теплотехнических расчетов наибольший интерес представляют углекислый газ и водяной пар, образующийся при горении топлива. В отличие от твердых тел, имеющих в большинстве сплошные спектры излучения, газы излучают энергию лишь в определенных интервалах длин волн Δλ, называемых полосами спектра. Для лучей других длин волн вне этих полос газы прозрачны, и их энергия излучения равна нулю. Таким образом, излучение и поглощение газов имеют избирательный характер. Если поглощение и излучение энергии в твердых телах происходят в тонком поверхностном слое, то газы излучают и поглощают энергию во всем объеме. Количество поглощаемой газом энергии зависит от числа находящихся в данном объеме микрочастиц газа. Последнее пропорционально толщине газового слоя, характеризуемой длиной пути луча l, парциальному давлению газа р и его температуре Т. Следовательно, .           

 Тогда в соответствии с законом Кирхгофа .        

 Для каждой полосы спектра .         

Плотность интегрального излучения газовой среды определится суммой их значений для отдельных полос, то есть .

Плотность интегрального излучения для двуокиси углерода и водяного пара по опытным данным:      

Отсюда следует, что законы излучения газов значительно отклоняются от закона Стефана — Больцмана. Однако в основу практических расчетов излучения газов положен именно этот закон. В итоге плотность интегрального излучения с поверхности газового слоя определяется уравнением ,  

 где εг — степень черноты газового слоя, зависящая от температуры, давления и толщины слоя газа. Для Н2О и СО2 значения εг приводятся в виде номограмм, удобных для практических расчетов. Степень черноты газовых смесей определится как сумма степеней черноты отдельных компонентов. Плотность лучистого потока, передаваемого от газа к окружающим его стенкам (оболочке), вычисляется по уравнению ,    

 где εг — степень черноты газа при температуре газа Тг; Аг — поглощающая способность газа при температуре оболочки Тст;  — эффективная степень черноты оболочки.