Monografie zpracovává moderní poznatky o přenosu tepla zářením, které nachází široké uplatnění v nejrůznějších výrobních odvětvích a technologických postupech. Shrnuje zákony a základní data o záření povrchů a plynů, stanoví metody pro výpočet geometricky složitých systémů a ukazuje aplikaci těchto metod a zákonů v praxi.
OBSAH // Předmluva autorů...13 // Předmluva překladatelů...16 // Seznam značek a indexů ...18 // Kapitola 1. ZÁKLADY ...25 // 1.1 Podobnost mezi zářením a vedením tepla a jejich rozdíly...25 // 1.2 Podstata záření — tepelné záření...27 // 1.3 Některé definice a geometrické pojmy...30 // 1.4 Zákon reciprocity optiky záření ...34 // 1.5 Planckův zákon ...35 // 1.6 Stefanův—Boltzmarmův zákon...39 // 1.7 Záření objemu...40 // 1.8 Šedý lambertovský povrch...43 // 1.9 Postup výkladu... 44 // Kapitola 2. PŘÍMÝ PŘENOS MEZI DVĚMA POVRCHY...45 // 2.1 Definice úhlového součinitele a přímé výměnné plochy ...45 // 2.2 Metoda průmětů...47 // 2.3 Metoda využívající symetrie u válcových a kulových těles...49 // 2.4 Dvourozměrné systémy — metoda strun...50 // a) Odvození...50 // b) Dva rovnoběžné pásý...52 // c) Záření fronty plamene...52 // d) Úlohy spojené se zářením řad trubek...52 // e) Úhlový součinitel u pásů malé šířky... 56 // f) Průběh hustoty toku nad trubkami a vyzdívkou...56 // 2.5 Záření rovinného elementu...58 // a) Element d-SV a obdélník v rovině rovnoběžné s rovinou elementu...58 // b) Element dS1! a obdélník v rovině kolmé к rovině elementu ...59 // c) Element dSi a kruhový kotouč S2 o poloměru R2...60 // 2.6 Vektorové pojetí toku a křivkové integrály...61 // a) Vektorová algebra... 61 // b) Vektor tepelného toku...62 // c) Křivkové integrály...65
2.7 Úhlový součinitel pro konečné povrchy...68 // a) Libovolný povrch Si září na libovolný povrch S2...68 // b) Obdélníky Si a S2 stejných rozměrů umístěné nad sebou v rovnoběžných rovinách 68 // c) Obdélníky o společné jedné straně v navzájem kolmých rovinách...68 // d) Kruhové kotouče v rovnoběžných rovinách se společnou normálou procházející // jejich středy...70 // e) Úhlový součinitel pro dva soustředné válce...71 // f) Části kulového povrchu...72 // g) Přibližné řešení pro povrchy malé v porovnání s jejich vzdáleností...72 // 2.8 Dvojné křivkové integrály...73 // a) Odvození...73 // b) Dva obdélníky se společnou stranou v navzájem kolmých rovinách...75 // 5 2.9 Výpočet přímých výměnných ploch u nových systémů pomocí podkladů pro případy // již známé...76 // a) Yamautiův princip...77 // b) Element a libovolný obdélník...77 // c) Obdélníky v protínajících se rovinách...78 // d) Rovnoběžné protilehlé obdélníky nestejných rozměrů...79 // e) Stanovení výměnných ploch mezi dvěma povrchy na základě malých přemístění // nebo změn velikosti...79 // 2.10 Úhlové součinitele u částečně stíněných povrchů...81 // a) Družice a Země v případě, že horizont družice protíná Zemi...83 // b) Aplikace metody průmětů... 85 // 2.11 Pole záření, vektory toku a hustoty energie...86 // 2.12 Doplňující odkazy...86 // Literatura ke kapitole 2...87
// itola 3. CELKOVÁ VÝMĚNA TEPLA MEZI POVRCHY (V PRŮTEPLIVÉM // PROSTŘEDÍ)...88 // 3.1 Integrální rovnice výměny tepla zářením na povrchu ...89 // 3.2 Zvláštní případy...91 // a) Nekonečné rovnoběžné roviny...91 // b) Koncentrické koule nebo válce s konstantní teplotou a zářivostí...93 // c) Kulovité dutiny...94 // d) Uzavřený systém s třemi zónami...95 // 3.3 Řešení integrální rovnice (3-6)...97 // 3.4 Zonální metoda...97 // 3.5 Celková výměnná plocha SS...98 // 3.6 Předpoklad radiačně adiabatických zón...100 // 3.7 Kritéria pro určování velikosti zón...101 // 3.8 Elektrická síťová analogie...103 // 3.9 Algebraická řešení...105 // a) Uzavřený systém ze zón představujících černé zdroje nebo propady a z adiabatických zón...106 // b) Uzavřený systém ze dvou zón představujících šedý zdroj a šedý propad a z adiabatických zón...108 // c) Uzavřený systém ze dvou zón představujících šedý zdroj a šedý propad, dále // ze zón představujících černé zdroje nebo propady a z adiabatických zón ... 109 // d) Uzavřený systém ze tří zón představujících šedé zdroje nebo propady, ze zón // představujících černé zdroje nebo propady a z adiabatických zón...110 // 3.10 Strojový výpočet ...111 // 3.11 Celkové energetické bilance; podíl záření a jiných druhů přenosu tepla...113 // a) Linearizační metoda...115 // b) Iterační metoda pro rigorózní řešení...116
// 3.12 Tok tepla otvory ... 116 // 3.13 Trubky nebo odporová tělesa s adiabatickým pozadím — pojem ekvivalentní šedé // roviny...122 // a) Řada trubek nebo tyčí umístěných rovnoběžně před adiabatickým pozadím. . 122 // b) Dvojitá řada černých trubek s rozmístěním do rovnostranných trojúhelníků . . 126 // c) Šedé odpory ve tvaru rovnoběžných úzkých pásů...126 // 3.14 Hustota energie a vektory hustoty toku...127 // 3.15 Dutiny...128 // Rekapitulace ... 128 // Literatura ke kapitole 3 . ... . . . 129 Kapitola 4. RADIAČNÍ VLASTNOSTI POVRCHU ...130 // 4.1 Principy a definice , . ...130 // a) Charakter záření ... ...130 // b) Intenzita záření — interference ...131 // c) Stupeň polarizace...,...132 // d) Zářivosti...132 // e) Pohltivost a odrazivost ...132 // f) Difúzni odraz ... 133 // g) Grafické znázornení hodnoty ев...134 // h) Dielektrická konštanta...135 // i) Vodiče ...135 // j) Index pohltivosti...135 // k) Komplexní index lomu ...135 // 4.2 Izotropní dielektrická média (x S 0)...137 // a) Smerová odrazivost...137 // b) Stupeň polarizace...138 // c) Poloprostorová zářivost...139 // d) Změna fáze ...139 // 4.3 Pohlcující média...140 // a) Směrová odrazivost...140 // b) Poloprostorová zářivost...141 // c) Změny fáze ...142 // d) Lom (paprsků)...142 // 4.4 Odrazivost kovů ...142 // a) Spektrální zářivost ve směru normály...143 // b) Celková zářivost a pohltivost ve směru normály .
...144 // c) Spektrálni poloprostorová zářivost...145 // d) Celková poloprostorová zářivost...147 // 4.5 Rozptyl ...147 // 4.6 Drsné povrchy...148 // a) Povrchy s nepravidelnostmi mírného sklonu...149 // b) Hluboké povrchové trhliny...151 // 4.7 Nehomogenní materiály...152 // 4.8 Částečný odraz — aproximace pro inženýrské výpočty...155 // 4.9 Vlastnosti nekovových materiálů...156 // a) Homogenní materiály...156 // b) Kysličníky...158 // c) Různé materiály ...159 // 4.10 Zářivosti kovů určené experimentálně...159 // Literatura ke kapitole 4...163 // Dodatek: Celkové zářivosti různých povrchů ve směru normály ... 165 // Literatura к dodatku kapitoly 4...174 // Kapitola 5. PŘENOS TEPLA MEZI NEIDEÁLNÍMI POVRCHY...175 // 5.1 Integrální rovnice přenosu pro nelambertovský povrch...175 // 5.2 Stupeň polarizace...176 // 5.3 Zrcadlový odraz...177 // a) Konstrukce obrazů... 177 // b) Přímý a zrcadlový přenos mezi dvěma povrchy ...178 // 7 5.4 Systém nelambertovských šedých povrchů ... 179 // a) Zářivosti všech povrchů soustavy jsou vysoké, odraz je difúzni...179 // b) Zářivosti všech povrchů soustavy jsou nízké, odraz je difúzni...180 // c) Model částečně difúzního a částečně zrcadlového odrazu...180 // 5.5 Aplikace modelu částečně difúzního a zrcadlového odrazu...183 // a) Soustředné kulové nebo souosé nekonečné válcové povrchy...183 // b) Krychle, jejíž stěny jsou šedé
a jej ich odrazivost je rozložitelná na difúzni a zrcadlové komponenty £>D a £>z...185 // 5.6 Nešedé povrchy... 189 // a) Povrchy při radiační rovnováze...192 // b) Závislost spektrální zářivosti na teplotě...194 // Literatura ke kapitole 5...194 // Dodatek: Polarizační jevy...195 // a) Nekonečné rovnoběžné kovové desky...196 // b) Nekonečné rovnoběžné skleněné desky...196 // Kapitola 6. ZÁŘIVOST A POHLTIVOST PLYNNÉHO PROSTŘEDÍ...200 // 6.1 Historický přehled ...200 // 6.2 Základní zákonitosti...202 // 6.3 Spektrální čáry...205 // a) Integrální součinitel pohltivosti spektrální čáry...208 // 6.4 Spektrální pásy...211 // a) Schackův model ...212 // b) Elsasserův model...213 // c) Mayerův—Goodyův nebo též statistický model...215 // d) Náhodná superpozice Elsasserových pásů ...216 // e) Model s konstantním součinitelem pohltivosti ...216 // 6.5 Aplikace modelů ...217 // a) Schackův model ...217 // b) Elsasserův model...218 // c) Statistický model ...218 // d) Modifikovaný Elasasserův model...221 // e) Konstantní součinitel pohltivosti...221 // 6.6 Vzájemné vztahy mezi úhrnnou zářivostí a pohltivosti plynu ...221 // 6.7 Tlaková závislost zářivosti plynu ...223 // 6.8 Překrytí absorpčních pásů ...223 // 6.9 Kompilace úhrnných zářivostí plynů...224 // a) Kysličník uhličitý...226 // b) Vodní pára...230 // c) Směs kysličníku uhličitého a vodní páry...232 // d) Kysličník
siřičitý...234 // e) Kysličník uhelnatý...234 // f) Čpavek...237 // g) Chlorovodík ...237 // h) Kysličník dusnatý...237 // i) Kysličník dusičitý ...237 // j) Vzduch...238 // k) Metan...238 // 1) Skleněné desky a tekuté sklo...239 // 6.10 Záření mraku částic...242 // a) Velké částice... 242 // b) Malé částice... 243 // 8 6.11 Vyjádření vlastností reálného plynu při inženýrských výpočtech...246 // a) Teplotní závislost součinitelů...250 // Literatura ke kapitole 6...251 // Kapitola 7. GEOMETRICKÉ CHARAKTERISTIKY OBJEMU ZÁŘÍCÍHO PLYNU . 254 // 7.1 Základní definice...254 // 7.2 Přímé výměnné plochy...256 // a) Výměna záření povrch—povrch... 256 // b) Výměna plyn—povrch...256 // O Výměna plyn—plyn...257 // 7.3 Výpočty a kompilace hodnot přímých výměnných ploch...258 // a) Opticky tenká média ...260 // b) Jednorozměrný systém . ... 262 // c) Koule...265 // d) Válec...265 // e) Kvádr ...266 // f) Dvojrozměrný systém ...268 // g) Různé tvary... 271 // 7.4 Ekvivalentní a střední délka paprsku...271 // a) Výměna záření mezi objemem plynu a povrchem...271 // b) Výměna záření mezi dvěma povrchy... 275 // c) Další geometrické konfigurace... 277 // 7.5 Reálný plyn... 277 // a) Stanovení orientované výměnné plochy na základě diagramů úhrnných zářivostí plynů ... 280 // b) Výpočet orientované výměnné plochy při vyjádření vlastností prostředí pomocí
souboru šedých komponent . ...281 // c) Orientovaná výměnná plocha pro trojúhelníkový model absorpčních pásů . . . 282 // d) Orientovaná výměnná plocha podle Elsasserova modelu...282 // e) Střední délka paprsku pro systémy s reálným plynem...283 // f) Výběr modelu zářivosti plynu ... 285 // 7.6 Rekapitulace...286 // Literatura ke kapitole 7...286 // Dodatek: Přímé výměnné plochy pro uzavřený válcový systém...286 // Kapitola 8. SDÍLENÍ TEPLA ZÁŘENÍM V PLYNNÉM PROSTŘEDÍ O KONSTANTNÍ // TEPLOTĚ...295 // 8.1 Plyn obklopený dokonale černým anebo téměř černým povrchem...296 // a) Malé teplotní rozdíly...297 // 8.2 Šedý plyn obklopený povrchem o stálé teplotě...298 // 8.3 Uzavřený systém se šedým plynem a šedými difúzně odrážejícími povrchy ... 299 // 8.4 Uzavřený systém se šedým plynem, šedými zrcadlově a difúzně odrážejícími povrchy ...302 // 8.5 Adiabatické povrchy v uzavřeném systému se šedým plynem ...302 // 8.6 Stanovení teplot adiabatických povrchů v šedém prostředí ...302 // 8.7 Uzavřený systém se šedým plynem a dvěma povrchy, z nichž jeden je adiabatický 303 // 8.8 Systém s reálným plynem ...305 // 8.9 Adiabatické povrchy v uzavřeném systému s nešedým plynem...306 // 8.10 Aplikace výpočtových postupů...307 // a) Šedý plyn, šedý povrch Si přijímá záření, adiabatický povrch Sr, model zrnitých // stěn systému...307 // 9 b) Nešedý plyn reprezentovaný
jednou šedou a jednou diatermní komponentou; // adiabatický povrch s dokonalým difúzním odrazem...309 // c) Nešedý plyn; obálku systému tvoří šedý povrch Si odvádějící teplo a difúzni // adiabatický povrch S2...311 // d) Nešedý plyn, obálka systému ze dvou šedých povrchů Si, S2, které přijímají // teplo...312 // 8.11 Rekapitulace výsledků...315 // 8.12 Ekvivalentní radiační teplota plynu ...317 // Kapitola 9. ANALOGIE MEZI ZÁŘENÍM A DIFÚZNÍM PROCESEM ... 319 // 9.1 Úvod ...319 // 9.2 Rovnice pro difúzi záření ...319 // a) Diskrétní model ...319 // b) Kontinuální model...321 // 9.3 Okrajové podmínky...323 // 9.4 Difúzni rovnice pro nešedé médium...325 // 9.5 Aplikace difúzni rovnice...328 // a) Šedý plyn mezi dvěma souosými nekonečnými válci...328 // b) Šedý plyn mezi koncentrickými koulemi ...329 // c) Šedý plyn mezi nekonečnými rovnoběžnými deskami ...330 // d) Nešedá média...330 // 9.6 Difúzni aproximace pro záření v porézních látkách...331 // Literatura ke kapitole 9 ...334 // Kapitola 10. JEDNOROZMĚRNÉ TEPLOTNÍ POLE...335 // 10.1 Přenos zářením v systému se známým teplotním polem...335 // a) Formulace rozdělení směrové intenzity...335 // b) Numerické vyjádření rozdělení směrové intenzity...336 // c) Rozdělení intenzity u povrchu polonekonečné vrstvy média...337 // d) Formulace pro tok záření rovinou ...337 // e) Tok z polonekonečné vrstvy média...339 // 10.2
Rovnice přenosu ...340 // a) Integro-diferenciální formulace...340 // b) Integrální formulace...340 // c) Systémy, které nejsou v radiační rovnováze...341 // d) Metody řešení...341 // 10.3 Záření ve vrstvě šedého plynu mezi dvěma nekonečnými rovnoběžnými deskami 342 // a) Dokonale černé stěny...342 // b) Porovnání s řešením pro malé optické tloušťky...342 // c) Porovnání s řešením pro velké optické tloušťky...343 // d) Aditivita řešení...344 // e) Šedé stěny...344 // 10.4 Zonální metoda...345 // a) Koncepce celkové výměnné plochy...345 // b) Kritéria pro volbu rozměrů zón...346 // 10.5 Záření reálného plynu...347 // a) Stanovení distribuce intenzity nebo výsledného toku...347 // b) Rovnice přenosu...348 // c) Střední součinitel pohltivosti...348 // d) Iterační metody... 349 // e) Vlastnosti nešedého plynu na základě součtu příspěvků šedých komponent . . 349 // f) Orientované výměnné plochy... 350 // 10 Literatura ke kapitole 10... 351 // Dodatek: Exponenciální integrál &„(x)... 351 // a) Definice... 351 // b) Rekurentní formule...351 // c) Asymptotický tvar ... 352 // d) Tabelace... 352 // Kapitola 11. TROJROZMĚRNÉ TEPLOTNÍ POLE ... 354 // 11.1 Přesná formulace energetických bilancí... 355 // 11.2 Bilance záření v uzavřeném systému s použitím koncepce celkových výměnných // ploch ...357 // a) Celkové výměnné plochy... 358 // b) Kritéria pro volbu rozměru
zón... 359 // 11.3 Nešedý plyn ..._...360 // a) Lokálně proměnná koncentrace média..." ...361 // 11.4 Celková energetická bilance... 362 // Literatura ke kapitole 11 364 // Kapitola 12. ROZPTYL ZÁŘENÍ NA OSAMOCENÉ ČÁSTICI...365 // 12.1 Definice...365 // a) Souěinitele pohltivosti, rozptylu a zeslabení a rozptylový průřez částice . . . 365 // b) Fázová funkce... 366 // c) Rozptylový diagram...366 // d) cos 0... 366 // e) Rozměrový parametr... 367 // f) Albedo pro samotný rozptyl...367 // 12.2 Velké částice... 368 // a) Zrcadlově odrážející částice ...368 // b) Nepropustná částečně zrcadlově odrážející kulová částice...369 // c) Nepropustná difúzně odrážející částice ...370 // d) Částečně propustné částice... 373 // e) Ohyb...378 // 12.3 Malé částice ...379 // a) Rayleighův rozptyl ...380 // b) Rayleighův—Gansův rozptyl...383 // 12.4 Koule libovolné velikosti... . . . 384 // a) Mieovy rovnice...384 // b) Asymptotický tvar Mieových rovnic pro malé koule... 386 // c) Index lomu blízký jednotce...387 // d) Velké koule...388 // e) Nepohlcující koule...389 // f) Pohlcující koule ...391 // g) Koule s nekonečným indexem lomu... . 393 // Literatura ke kapitole 12...394 // Kapitola 13. PŘENOS TEPLA ZÁŘENÍM V POHLCUJÍCÍM A ROZPTYLUJÍCÍM PROSTŘEDÍ ...395 // 13.1 Součinitel pohltivosti a rozptylu...395 // a) Velké částice...395 // b) Malé částice...396 // c) Částice střední velikosti...397
// 11 13.2 Přenosová rovnice...397 // 13.3 Izotropní rozptyl... 399 // a) Záření při lokální rovnováze...399 // b) Jednoduchý model rozptylu zářem v planparalelní vrstvě...399 // c) Mnohonásobný izotropní rozptyl v planparalelní vrstvě...404 // d) Trojrozměrné teplotní pole...408 // 13.4 Difúze fotonů v rozptylujícím prostředí...411 // 13.5 Neizotropní rozptyl...412 // a) Azimutálně nezávislé ozáření...413 // b) Dvousměrová metoda...414 // c) Šestisměrová metoda...416 // d) Porovnání izotropního a neizotropního rozptylu ...418 // Literatura ke kapitole 13 419 // Kapitola 14. APLIKACE U PECÍ...421 // Elektrické odporové pece...421 // 14.1 Efektivní zářivost s7 svazku odporových těles u stěny...422 // 14.2 Příklady výpoětu výměnné plochy (S1S2)r...424 // 14.3 Hospodárné, optimální rozmístění odporových těles...426 // 14.4 Proměnné rozmístění článků, teploty a proudové zatížení...428 // 14.5 Komorové pece ...430 // Pali vové pece...431 // 14.6 Úvod...431 // 14.7 Dlouhé pece...434 // 14.8 Spalovací komora s dobrým směšováním ...442 // 14.9 Vliv odchylek od dokonalého směšování...445 // 14.10 Aplikace modelu spalovací komory s dobrým směšováním...449 // 14.11 Přesnější vyšetřování výkonu pece — zonální metoda ...451 // 14.12 Příklad aplikace zonální metody...452 // 14.13 Teplotní pole a rozložení tepelného toku u válcové pece...460 // 14.14 Záření částic