Тепловое излучение – результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний. При попадании тепловых лучей (волн) на другое тело их энергия частично поглощается им, превращаясь во внутреннюю энергию снова.

В технике теплообмен излучением имеет место в котлах, в системе отопления зданий, в сушильных агрегатах. При высоких температурах теплообмен излучением преобладает над остальными видами теплообмена.

Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны  и частотой колебаний . При температурах, используемых в технике, основное количество энергии излучается при =0,8÷80 мкм. Эти лучи называются тепловыми (инфракрасными).

Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела по всем направлениям, называется поверхностной плотностью потока интегрального излучения .

Часть энергии излучения , падающей на тело (рисунок 2.6), поглощается , часть отражается  и часть проникает сквозь него .

Таким образом,

                                       ,                              (2.21)

Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:

                                           ,                                    (2.22)

где  - коэффициент поглощения;

 - коэффициент отражения;

 - коэффициент пропускания.

Абсолютно черное тело - тело, поглощающее все падающее на него излучение.

Серое тело – тело, для которого коэффициент <1 и не зависит от длины волны падающего излучения.

Абсолютно белое тело – тело, для которого коэффициент отражения .

Абсолютно прозрачное тело – тело, для которого коэффициент пропускания .

Основные законы теплового излучения.

Закон Стефана-Больцмана устанавливает связь излучательной способности абсолютно черного тела с температурой, в технических расчетах используется в следующем виде

                                           ,                                (2.23)

где  - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

На практике тела излучают меньше тепловой энергии, чем абсолютно черное тело при той же температуре.

Степень черноты тела – отношение излучательной способности серого тела  к излучательной способности абсолютно черного тела .

                                               ,                                       (2.24)

Закон Стефана-Больцмана для реальных тел:

                      ,               (2.25)

где  - коэффициент излучения реального тела.

Закон Ламберта: максимальное излучение единицей поверхности происходит по направлению нормали к ней. Этот закон определяет зависимость излучаемой телом энергии от её направления.

Закон Кирхгофа: степень черноты любого тела в состоянии термодинамического равновесия численно равна его коэффициенту поглощения при той же температуре, . Отношение энергии излучения к коэффициенту поглощения  не зависит от природы тела и равно энергии излучения  абсолютно черного тела при той же температуре.

Сложный теплообмен

Разделение общего процесса переноса теплоты на элементарные составляющие (теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение) сделано для облегчения расчетов. На практике эти явления протекают одновременно.

Сочетание различных видов теплообмена может быть весьма разнообразным, и роль их в общем процессе неодинакова. Это так называемый сложный теплообмен. Процесс теплообмена между стенкой и омывающим её газом является типичным примером сложного теплообмена - совместного действия конвекции, теплопроводности и теплового излучения.

В теплотехнических расчетах при сложном теплообмене часто пользуются общим (суммарным) коэффициентом теплоотдачи  - суммой коэффициентов теплоотдачи конвекцией  и излучением ,

                                               .                                 (2.26)

Плотность теплового потока излучением

                             .                       (2.27)

Коэффициент теплоотдачи излучением находят как отношение плотности теплового потока излучением  к разности температур поверхности и газа:

                                            .                            (2.28)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией находя из критериальных уравнений для данных условий теплообмена.