Download miễn phí Bài giảng Truyền nhiệt - Trao đổi nhiệt bằng bức xạ
A, R, D: hệsốhấpthu, phản xạ, xuyênqua; trịsố0 đến1, phụthuộcvào
bảnchấtvậtlýcủavật, T, vàchiềudàibướcsóng.
Nếu A = 1 vậtđentuyệtđối (VD vật có bềmặt sơn đen có A ~ 1)
R = 1 vật trắngtuyệtđối. (VD không khí sạch có thểxem D =1 )
D = 1 vậttrongtuyệtđối.
Các vậtrắnthườnggặp: D = 0vàA + R = 1, gọilàV?T Ð?C
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Chương 4: Trao đổi nhiệt bằng Bức xạNgười soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.1
4.1 Khái niệm chung về Bức xạ nhiệt
4.2 Các định luật cơ bản về Bức xạ nhiệt
4.3 Trao đổi nhiệt Bức xạ giữa các vật rắn đặt trong môi
trường trong suốt
¾ Hai tấm phẳng đặt song song
¾ Hai vật bọc nhau
¾ Tác dụng của màn chắn
4.1 Khái niệm chung về BỨC XẠ NHIỆT
ĐN: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật có
nhiệt độ khác nhau đặt cách xa nhauÆ Năng lượng bức
xạ truyền trong không gian dưới dạng sóng điện từ
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.2
¾ Tính chất của năng lượng bức xạ
- Mọi vật luôn phát ra năng lượng bức
xạ và nhận năng lượng bức xạ từ các
vật khác đến
- Năng lượng bức xạ phát ra từ vật tỉ lệ
với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa bậc 4
E ~ T4
- Vật đen tuyệt đối sẽ nhận năng lượng
bức xạ lớn nhất
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.3
A White sifaka Lemur
To warm up in the morning, they turn their dark bellies toward
the sun.
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.4
¾ Các thành phần của năng lượng bức xạ
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.5
Qo: doøng chieáu ñeán; QA: haáp thu ;
QR: phaûn xaï; QD: xuyeân qua
DRAo QQQQ ++=
Hoaëc 1=++=++ DRA
Q
Q
Q
Q
Q
Q
o
D
o
R
o
A
A, R, D: heä soá haáp thu, phaûn xaï, xuyeân qua; trò soá 0 ñeán 1, phuï thuoäc vaøo
baûn chaát vaät lyù cuûa vaät, T, vaø chieàu daøi böôùc soùng.
Neáu A = 1 vaät ñen tuyeät ñoái (VD vật có bề mặt sơn đen có A ~ 1)
R = 1 vaät traéng tuyeät ñoái. (VD không khí sạch có thể xem D =1 )
D = 1 vaät trong tuyeät ñoái.
Caùc vaät raén thöôøng gaëp: D = 0 vaø A + R = 1, goïi laø VẬT ĐỤC
¾ Xét 1 vật đục : có nhiệt độ T1, hệ số hấp thu A1
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.6
E1
E2
=
+
A1*E2
E1 + (1-A1)E2
=
Vật 1
(Ehd gọi là khả năng bức xạ
hiệu dụng của vật)
- Vật 1 phát ra tổng cộng
năng lượng bức xạ là:
Ehd = E1 + (1-A1)E2 (W/m2)
- Năng lượng bức xạ mà vật 1 trao đổi với
môi trường xung quanh là:
q = E1 --A1E2 (W/m2)
4.2 Các định luật cơ bản về Bức xạ nhiệt
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.7
¾ ĐL Stefan-Boltzmann:
với Co = 5,67 W/m2.K4 là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
với ε = C/Co (0 < ε < 1) gọi là ĐỘ ĐEN của vật
- Khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối là:
4
100
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= TCE oo (W/m2)
- Đối với vật xám :
44
100100
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= TCTCE oε (W/m2)
¾ ĐL Kirchhoff
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.8
Xeùt 2 taám phaúng ñaët song song, taám 1 laø
vật đen tuyệt đối, taám 2 laø vaät xaùm.
NL trao ñoåi baèng BX giöõa 2 taám: o11 EAEq −=
ÔÛ ĐK caân baèng nhieät ñoäng (To = T1) thì q = 0 neân:
0EAE o11 =−
“ÔÛ ĐK caân baèng nhieät ñoäng, tyû soá giöõa khaû naêng BX vaø heä soá haáp thu
cuûa vaät xaùm ñeàu baèng nhau vaø baèng khaû naêng BX cuûa VĐTĐ”.
Trong ñieàu kieän caân baèng nhieät, ñoái vôùi caùc vaät xaùm A = ε
Thay vaät xaùm 1 baèng caùc vaät xaùm khaùc, toång quaùt:
( )TfE
A
E
A
E
A
E
o
n
n
2
2
1
1 ===== K
o
1
1 E
A
E =
4.3 Trao đổi nhiệt Bức xạ giữa các vật rắn đặt trong
môi trường trong suốt
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.9
A/ HAI TAÁM PHAÚNG ÑAËT SONG SONG
B/ HAI VAÄT BOÏC NHAU
C/ TAÙC DUÏNG CUÛA MAØNG CHAÉN
Taám 1 coù T1, heä soá haáp thu A1. Taám 2: T2, A2. Dieän tích F1 = F2 = F
Naêng löôïng trao ñoåi nhieät BX giöõa hai taám laø: Q12 = Q1hd – Q2hd
Vì hai taám coù dieän tích nhö nhau neân coù theå vieát:
q12 = E1hd – E2hd (A.1)
trong ñoù
⎭⎬
⎫
−+=
−+=
hdhd
hdhd
E)A(EE
E)A(EE
1222
2111
1
1
(a)
Giaûi heä PT baäc nhaát (a) seõ tìm ñöôïc E1hd vaø E2hd
⎪⎪
⎪
⎭
⎪⎪
⎪
⎬
⎫
−+
−+=
−+
−+=
2121
122
2
2121
211
1
1
1
AAAA
E)A(EE
AAAA
E)A(EE
hd
hd
(b)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.10
A/ HAI TẤM PHẲNG ĐẶT SONG SONG
Thay E1hd vaø E2hd töø PT (b) vaøo PT (A.1):
2121
2112
12 AAAA
EAEAq −+
−= (c)
Maët khaùc, theo ñònh luaät Stefan – Boltzmann thì:
4
1
11 100
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε= TCE o
4
2
22 100
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε= TCE o
vaø theo ÑL Kirchhoff: A = ε ; Thay chuùng vaøo PT (c) ñöôïc:
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
−ε+ε
=
4
2
4
1
21
12 100100111
TTCq o
Hoaëc ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε==
4
2
4
1
o12
12
12 100
T
100
T
C
F
Q
q
2mW
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.11
111
1
21
12
−ε+ε
=ε
laø ñoä ñen cuûa heä
Söû duïng khaùi nieäm nhieät trôû:
nhieät trôû böùc xaï beà maët
taám phaúng.
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
2
11
εR
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −
−=
2
11
2
11
21
21
12
εε
oo EEq
Sô ñoà maïng nhieät trôû böùc xaï
cuûa hai taám phaúng song song
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε=
4
2
4
1
1212 100100
TTCq oTöø CT 111
1
21
12
−ε+ε
=ε
với
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.12
vaät 1 coù dieän tích BM F1, nhieät ñoä T1,
heä soá haáp thu A1,
vaät 2: F2, T2, A2.
Vì F1 ≠ F2 neân khoâng tính q12 maø tính
doøng böùc xaï Q12.
Ñaëc ñieåm: Toaøn boä Q1hd cuûa vaät 1 ñeàu rôi
leân 2, ngöôïc laïi chæ moät phaàn NLBX hieäu
duïng cuûa 2 laø ϕ21Q2hd laø rôi leân 1, phaàn coøn laïi
(1 –ϕ21)Q2hd thì leân chính baûn thaân vaät 2.
ϕ21: heä soá goùc
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.13
Trong ñoù ( )
( ) ( )( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
ϕ−−+−+=
ϕ−+=
hdhdhd
hdhd
Q AQ AQQ
QAQQ
22121222
221111
111
1
(1)
Naêng löôïng TĐN BX giöõa 2 vaät:
hd221hd112 QQQ ϕ−= (*)
B/ HAI VẬT BỌC NHAU
Ñeå tìm ϕ21, xeùt ĐK caân baèng nhieät ñoäng (T1 = T2 = T): Q12 = 0:
0
100
TF
100
TF
4
221
4
1 =⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ϕ−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
Ruùt ra 0FF 2211 =ϕ−
2
1
21 F
F=ϕ→
Heä soá goùc ϕ21 thuaàn tuùy mang tính chaát hình hoïc, khoâng phuï thuoäc baûn chaát vaät
lyù cuûa vaät.
ÔÛ ñaây
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε==
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε==
2
4
2
2222
1
4
1
1111
100
100
FTCFEQ
FTCFEQ
o
o
(2)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.14
Thay (2) vaøo (1) vaø giaûi heä (1) tìm ñöôïc Q1hd , Q2hd ; thay vaøo (*):
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ϕ−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −εϕ+ε
=
4
2
221
4
1
1
2
21
1
o
12 100
T
F
100
T
F
111
C
Q (3)
Thay ϕ21 vaøo PT (3): ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −ε+ε
=
4
2
4
1
22
1
1
1o
12 100
T
100
T
11
F
F1
FC
Q
Kyù hieäu
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −ε+ε
=ε
11
F
F1
1
22
1
1
12 Thì
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε=
4
2
4
1
1o1212 100
T
100
T
FCQ
Tröôøng hôïp ñaëc bieät:
• Khi F1 << F2 (töùc F1/F2 ≈ 0)
( )2111
4
2
4
1
o1112 EEF100
T
100
T
CFQ −ε=⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ε=′
ñoä ñen ε2 khoâng aûnh höôûng ñeán Q’12.
• Khi F1 ≈ F2 (töùc F1/F2 = 1): tröôøng hôïp 2 taám phaúng song song
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.15
Maøng chaén: ngaên BXN, coù heä
soá phaûn xaï lôùn (laù nhoâm, ñoàng
moûng ñaùnh boùng). Do MC phaûn xaï
ngöôïc vôùi phöông truyeàn nhieät neân
doøng nhieät h/quaû bò giaûm.
Xeùt 2 taám phaúng song song,
giöõa chuùng ñaët moät MC coù εc vaø Tc.
• Khi khoâng coù MC
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −
−=
2
11
2
11
21
0201...