Излучение газов и паров. Закон Бугера.

Как уже говорилось в начале этой главы, газы излучают или поглощают энергию всем своим объемом. Поэтому

поглощательная способность газов зависит от плотности и толщины газового слоя: чем больше плотность и толщина

слоя газа, тем больше его поглощательная способность.

Одно- и двухатомные газы практически не излучают и не поглощают энергию, т.е. они прозрачны для теплового

излучения, для них коэффициент проницаемости Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru . Излучают и поглощают тепловую энергию только трех – и более атомные газы, например водяные пары (Н2О) и углекислый газ (СО2) . Эти газы чаще других встречаются в практике и являются одними из основных компонентов дымовых газов.

Излучение (поглощение) газов носит избирательный характер. Они излучают (поглощают) энергию только определенных длин волн. Исследования показали, что углекислый газ (СО2) имеет три главные полосы

поглощения в интервалах длин волн: Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru =(2,65…2,80)·10-3 мм; Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru =(4,15…4,45)·10-3 мм; Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru =(13…17)·10-3 мм. Водяной пар (Н2О) имеет четыре главные полосы поглощения в интервалах длин волн:

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru = (1,7…2)·10-3 мм; Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru = (2,3…3,4)·10-3 мм; Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru =(4,4…8,5)·10-3 мм; Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru = (12…30)·10-3 мм.

Как следует из приведенных данных, для водяных паров полосы

излучения (поглощения) шире, чем для СО2, т.е. поглощательная способность и степень черноты Н2О выше, чем для СО2.

Часть полос поглощения этих газов совпадают.

Опытным путем найдены соотношения для расчета излучательной способности СО2 и Н2О:

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru

, ,

где Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru – соответственно парциальное давление углекислого газа и водяного пара в смеси: Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru – толщина слоя газа (длина хода луча).

Степень черноты углекислого газа и водяных паров так же, как излучательная способность этих газов, является функцией

P Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru и T: Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru и определяется по номограммам. Как следует из формул излучательной способности водяного пара и углекислого газа для Н2О влияние р несколько сильнее, чем Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , поэтому найденное значение Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru

необходимо умножить на поправочный коэффициент Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , который определяется по номограмме . Степень черноты смеси газов определится по уравнению

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru

,

где Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru – поправка, учитывающая , что часть полос излучения этих газов совпадает. Эта поправка незначительная и

составляет не более 2…4 %. Значения Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru берутся из номограмм по средней температуре газа. Теплообмен между газовой средой и поверхностью. В инженерной практике достаточно часто теплообменныеповерхности располагают в дымоходах в целях использования теплоты дымовых газов, выбрасываемых в окружающую среду. Происходит теплообмен между поверхностью и газом. Теплоту, которая передается от газа, содержащего СО2 и Н2О, поверхности, можно определить по эмпирической формуле [1]

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru

,

где Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru – эффективная степень черноты поверхности, Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru .

Наличие излучающего газа повышает степень черноты поверхности стенки по сравнению с ее степенью черноты при излучении через прозрачную

среду Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru . Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru – поглощательная способность газа определяется по формуле

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , где , Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru .

В этих формулах значения Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru и Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru находятся из номограмм по средней температуре стенки. Длина пути луча

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru

определяется из соотношения , где V – объем газового слоя, F – площадь поверхности стенки. Если теплообмен идет между газовой средой и пучком труб, то длина хода луча определяется по следующим формулам:

Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru

, если ; , если

.В формулах Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru – соответственно продольный и поперечный шаги пучка; d – наружный диаметр трубы, м.

Зако н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой: Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , где Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru — интенсивность входящего пучка, Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru — толщина

слоя вещества, через которое проходит свет, Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru — показатель поглощения (не путать с безразмерным показателем

поглощения Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , который связан с Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru формулой Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , где Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru — длина волны). Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.

Поглощение света растворами

Для растворов поглощающих веществ в непоглощающих свет растворителях показатель поглощения может быть записан

как Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , где Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru — коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего растворённого

вещества со светом с длиной волны λ, Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ruконцентрация растворённого вещества, моль/л.

Утверждение, что Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru не зависит от Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru , называется законом Бера (не путать с законом Бэра). Этот закон предполагает, что на способность молекулы поглощать свет не влияют другие окружающие её молекулы этого же вещества в растворе. Однако, наблюдаются многочисленные отклонения от этого закона, особенно при больших Излучение газов и паров. Закон Бугера. - student2.ru .

Наши рекомендации