2.1.3.3. Определяющий размер тел, принудительно омываемых потоком жидкости

Когда тела различной конфигурации, например, ЭРЭ и узлы радиоэлектронного аппарата, принудительно омываются жидкостью, коэффициент теплоотдачи их является функцией критерия Рейнольдса .

Здесь за определяющий размер принимается длина пути потока жидкости у поверхности омываемого тела (рис. 2.1.7).

Для плоской поверхности это будет ее протяженность вдоль направления движения жидкости, для поверхности тел сложной формы (параллелепипед, цилиндр) за определяющий размер принимают половину периметра по направлению движения жидкости.

Рис. 2.1.7. Определяющий размер тел различной конфигурации:

а - стенка, б - труба, в - шар, г – параллелепипед

2.2. Лучистый теплообмен (теплообмен излучением)

2.2.1. Основные понятия и определения

Все нагретые тела излучают тепловую энергию в окружающее пространство в виде электромагнитных волн. Это электромагнитное излучение тел называют тепловым излучением.

Диапазон длин волн теплового излучения лежит в пределах приблизительно от 0,3 до 800 мкм, т.е. он включает в себя ультрафиолетовое излучение, видимую часть спектра и коротковолновую область инфракрасного излучения (рис. 2.2.1) [1].

Если обозначить поглощенную, отраженную и пропущенную энергии , и , то в соответствии с законом сохранения энергии можно записать =++. После деления последнего уравнения на , и обозначив /=, /=, /=, получаютA+R+D = 1.

Коэффициенты A, R и Dхарактеризуют способность поглощать, отражать и пропускать тепловую энергию. Соответственно, каждый из этих коэффициентов может изменяться от 0 до 1.

Тела, у которых А = 1 (R = 0 и D = 0), т.е. вся падающая лучистая энергия поглощается телом, называются абсолютно черными.

Рис. 2.2.1. Спектр теплового излучения

Тела, у которых R=1 (А =0 иD= 0) , т.е. вся лучистая энергия отражается телом, считаются абсолютно белыми.

Тела, у которых D = 1 (A = 0, R = 0), т.е. падающая энергия полностью проходит через тело, называются абсолютно прозрачными.

В природе абсолютно черных, так же как абсолютно белых и абсолютно прозрачных тел нет, однако введение этих понятий позволяет установить законы излучения реальных тел. Значения коэффициентов А, R и D зависят от природы тела, его температуры и спектра падающего излучения, а также угла падения и отражения излучения.

Применительно к конструкциям РЭС из физических соображений считают D=0, поэтомуA+R = 1.

Различают монохроматическое и интегральное (полное) излучение. Монохроматическим излучением называется излучение в узком диапазоне волн λ, то есть отλ доλ +dλ. Интегральное излучение - это суммарное излучение во всем диапазоне волн, то есть отλ=0 доλ=.

Излучение тела, обусловленное только его свойствами и внутренней энергией, называется собственным излучением.

В реальных условиях все тела находятся в лучистом теплообмене: каждое тело излучает и одновременно воспринимает лучистую тепловую энергию от окружающих его тел. Пусть на рассматриваемое тело от окружающих тел падает лучистая энергия Q_пад: часть этой энергии, равнаяА Q_пад, поглощается телом, другая часть, равная(1-A) Q_пад, отражается.

Сумма собственного и отраженного излучения называется эффективным излучениемQ_эф = Q +(1-А) Q_пад.

Способность тел излучать тепловую энергию характеризуется плотностью излучения Е, т.е. лучистым потоком, испускаемым в единицу времени с единицы поверхности тела Е=(dP/dS), Вт/м². Отношение плотности излучения dE_, испускаемого в бесконечно малом интервале длин волн dλ, к величине этого интервала называется спектральной интенсивностью излучения J_ = dE_ / dλ.