Bài giảng Bài tập bức xạ

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM BÀI TẬP BỨC XẠ 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ñònh luaät Planck: 1e C E )T(C 5 1 o 2       3 mW Vôùi C 1 , C 2 laø haèng soá Planck thöù nhaát vaø thöù hai K.m10.4388,1C m.W10.3742,0C 2 2 215 1      – chieàu daøi böôùc soùng, m T – nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa vaät, K 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ñònh luaät Stefan – Bolztmann: với C o = 5,67 W/(m 2 .K 4 ) hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối với  = C/C o (0 <  < 1): độ đen của vật (đặc trưng cho khaû naêng böùc xa)ï - Khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối: 4 oo 100 T CE        (W/m 2) 4 o 4 100 T C 100 T CE              (W/m2) - Đối với vật xám : ĐL Kirchhoff:  TfE A E A E A E o n n 2 2 1 1   A =  ĐL Kirchhoff: Trong ĐK cân bằng nhiệt động, tỷ số giữa khả năng bức xạ và hệ số hấp thụ của vật xám đều bằng nhau và bằng khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối Eo Hoaëc                      4 2 4 1 o121212 100 T 100 T C.FFqQ W 1 11 1 21 12      Ñoä ñen cuûa heä: 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa hai taám phaúng ñaët song song: 2 mW                         4 2 4 1 21 12 100100 1 11 TTC q o                   2 11 2 11 EE q 21 2o1o 12          2 11 R 21 RR EE q 2o1o12     R Nhieät trôû böùc xaï beà maët taám phaúng.                                              2 11 2 11 2 2 11 100 T 100 T C q 2c1 4 2 4 1 o 12 2c1 RR2R EE q 020112     Taám phaúng ñaët song song coù boá trí maøng chaén: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 5 Tröôøng hôïp n maøng chaén coù ñoä ñen khaùc nhau:                                                n 1i 2ci1 4 2 4 1 o 12 2 11 2 11 2 2 11 100 T 100 T C q                                                n 1i ci21 4 2 4 1 o 12 1 2 1 11 100 T 100 T C qHoaëc Trao ñoåi nhieät böùc xaï giöõa hai vaät boïc nhau:                                4 2 4 1 22 1 1 1o 12 100 T 100 T 1 1 F F1 FC Q với            1 1 F F1 1 22 1 1 12                      4 2 4 1 1o1212 100 T 100 T FCQ Tröôøng hôïp ñaëc bieät:  Khi F 1 << F 2 (töùc F 1 /F 2  0)  2111 4 2 4 1 o1112 EEF 100 T 100 T CFQ                       Ñoä ñen  2 khoâng aûnh höôûng ñeán quaù trình trao ñoåi nhieät böùc xaï  Khi F 1  F 2 (töùc F 1 /F 2 = 1): tröôøng hôïp 2 taám phaúng song song TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 6 W W 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 1: Xét hai tấm phẳng đặt song song – Nhiệt độ và độ đen tấm thứ nhất: t1 = 327 oC; 1 = 0,8 – Nhiệt độ và độ đen tấm thứ hai: t2 = 127 oC; 2 = 0,8 – Đặt màn chắn có độ đen c = 0,05 a/ Xác định mật độ dòng nhiệt bức xạ trao đổi giữa hai tấm khi có đặt 1 màn chắn ở giữa b/ Nếu muốn mật độ dòng nhiệt q giảm 79 lần so với khi không có màn chắn nào thì cần bao nhiêu màn chắn. 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 2: Một vách phẳng đặt đứng được làm bằng hai tấm kim loại mỏng có độ đen 1 = 2 = 0,6. Khoảng cách giữa hai tấm kim loại là 4cm, ở giữa là không khí. Cho biết nhiệt độ bề mặt phía trong của các vách: tw1 = 80 oC, tw2 = 20 oC, diện tích bề mặt vách F = 10m2, bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của kim loại. a/ Tính nhiệt lượng tổng cộng truyền qua vách b/ Nếu vách được đặt nằm ngang với bề mặt nóng nằm phía trên thì nhiệt lượng truyền qua vách là bao nhiêu. c/ Nếu vách được đặt nằm ngang với bề mặt lạnh nằm phía trên thì nhiệt lượng truyền qua vách là bao nhiêu. 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 3: Một vách phẳng được làm bằng 2 tấm kim loại đặt song song có diện tích là F=12m2. Nhiệt độ và độ đen của tấm thứ nhất là t1=127 0C và ε1=0,8. Nhiệt độ của tấm thứ hai là t2=57 0C, nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm là 2,61kW. Hãy xác định a. Độ đen của tấm thứ hai. b. Nếu giữa 2 tấm có đặt 2 màng chắn có cùng độ đen εc= ε2/4, hãy xác định nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm kim loại và nhiệt độ của 2 màng chắn. 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 4: Buồng đốt có kích thước L x W x H = 4 x 3 x 2m, nhiệt độ bề mặt vách ngoài là tw = 240 oC; w = 0,7. Môi trường không khí xung quanh có nhiệt độ tf = 40 oC. a/ Tính tổng tổn thất nhiệt từ các bề mặt vách xung quanh ra môi trường. b/ Nếu vách được bọc một lớp cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt 0,07W/mK. Giả thiết nhiệt độ vách buồng đốt tiếp xúc lớp cách nhiệt không đổi, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữ nguyên như vừa tính ở trên, độ đen mặt ngoài của vách cách nhiệt  = 0. - Xác định chiều dày lớp cách nhiệt để tổn thất nhiệt giảm 12lần so với trường hợp ở câu a - Tính nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt. 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 5: Một vách phẳng đặt thẳng đứng được làm bằng hai tấm kim loại, khoảng cách giữa hai tấm là 4cm. Biết nhiệt độ và độ đen bề mặt các tấm lần lượt là tw1 = 120 oC; 1 = 0,75; tw2 = 40 oC; 2 = 0,65; diện tích bề mặt vách F = 10m2. Hãy xác định nhiệt lượng trao đổi giữa hai tấm kim loại khi môi trường giữa hai tấm là: a/ Chân không b/ Không khí c/ Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt = 0,038W/mK