|
Материалы

Излучение в спектре водяного пара


Одной из важнейших радиационных характеристик водяного пара в топочных газах служит планковский коэффициент поглощения aп, равный доле энергии черного (равновесного) излучения, поглощаемой трехатомными газами на единице длины луча. Селективность в линейчатом спектре водяного пара проявляется в резком изменении спектрального состава излучения как по спектру, так и по длине луча. Чтобы в этих условиях определить значения планковского коэффициента, приходится рассматривать поглощение лучистой энергии при толщине газового слоя, приближающейся к нулю.

Экспериментальные и спектрографические измерения поглощения в тонких газовых слоях немногочисленны и обычно недостаточно точны. Поэтому статья [1], содержащая данные о планковских коэф­фи­циентах поглощения водяного пара для 439 участков спектра в широком диапазоне изменения температуры от 300 К до 3000 К, представила огромный научный интерес для широкого круга специалистов. Однако опубликованные в [1] данные не были сопоставлены с другими радиационными характеристиками водяного пара. Хотя позднее и оказалось, что степень черноты водяного пара, вычисленная на их основе, значительно больше экспериментальной, коэффициенты поглощения [1] принимаются в качестве базовых для расчета теплообмена в топках [2].

Так как в настоящее время для математического моделирования радиационной теплоотдачи газов необходимы более надежные сведения об их радиационных характеристиках, в данной работе выполнена проверка и корректировка значений планковских коэффициентов поглощения в спектре водяного пара [1]. С этой целью составлена компьютерная программа для вычисления среднего по спектру планковского коэффициента поглощения и степени черноты тонких слоев водяного пара.

Форма программы, созданная в среде программирования Delphi, представлена на рис. 1. Она состоит из таблицы, содержащей массив планковских коэффициентов поглощения в узких интервалах спектра, панели для выбора расчетной температуры, окна для вывода результатов расчета и набора управляющих кнопок. Нажатие на кнопку с надписью "Загрузить данные" приводит к заполнению таблицы массивами данных, подготовленных в редакторе Exсel. Назначение остальных кнопок определяется их названиями.

 

Рис. 1. Интерфейсная форма компьютерной программы

 

В [1] спектр излучения измерялся в волновых числах и разделен на 439 участков шириной 250 см-1 каждый. Поэтому, прежде всего, нами выполнен пересчет, и спектр представлен частотами электромагнитного излучения, измеряемыми в с-1, с участками шириной Dn = 25000c, где c – скорость света в вакууме, м/с. Затем для средней частоты на каждом участке вычислена интенсивность монохроматического излучения абсолютно черного тела (или равновесного излучения) по закону Планка [3]:

, (1)

где h – постоянная Планка; k – постоянная Больцмана; Т – термодинамическая температура.

Согласно формуле (1), спектральная интенсивность черного излучения, представленная как функция частоты, проходит через максимум и стремится к нулю при очень малых и больших значениях частоты ν. С повышением температуры Т количество энергии, излучаемой черным телом, быстро увеличивается.

Планковский средний коэффициент поглощения вычислен при температуре 300, 600, 1000, 1500, 2000, 2500 и 3000 K с учетом распределения энергии излучения по спектру:

1 2
Общее время работы: 18.853902816772 мс
Использование памяти: 658 КБ