Способ определения излучательной способности поверхности твердых тел Советский патент 1988 года по МПК G01J5/00 

. Изобретение относится к области экспериментальной теплотехники и может быть использовано при исследовнии лучистого теплообмена в различных камерах сгорания, в топках или промьшленных печах.

Известен способ получения излучательной способности твердых тел, в котором энергию, излучаемую исследуемым материалом , сравнивают с энергией, излучаемой материалом с известной излучательной способностью находящемся при той ясе температуре.

Недостатком этого способа является невысокая точность, обусловленная погрешностью излучательной способности эталонного материала и необходимостью поддержания двух образцов при одинаковой температуре.

Ближайшим техническим решением является способ определения излучательной способности поверхности твердых тел, включающий в себя измерение потока излучения от этих тел и их температуры.

Недостатком этого способа является то, что излучательная способность определяется в условиях, далеких от рабочих условий этих тел, при которых их излучательная способность может значительно меняться. : Цель изобретения - расширение возможностей способа за счет определения излучательной способности этих тел в окружении излучающей среды.

Поставленная цель достигается тем что в способе определения излучательной способности поверхности твердых тел, включающее измерение потока излучения от этих тел и их температуры, дополнительно измеряют температуру излучающей среды и спектральную интенсивность излучения при различ

I, (yk)+I, (yk) (yk)-«-It (yk) I(yk)---3- -- yi-----(:25-Y

Чувствительным элементом 4 измеряется спектральная интенсивность излучения в интервале спектра Лсо,в которой оптические свойства излучающей среды 2 и поверхности 1 можно считать постоянным, тогда члены в уравнении (1) имеют следующий вид, .причем.

ных толщинах излучающей среды и по полученным данным определяют излучательную способность поверхности твердых тел.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, на котором дана схема устройства.

Устройство содержит поверхность 1, излучательная способность которой определяется, излучаняцую среду 2, подвижный узкоугольный радиометр 3, чувствительный элемент 4, охлаждающую воду 5, точку 6 поверхности, на которую наведен узкоугольный радиометр, точку 7 поверхности, излучение от которой приходит в точку 6 поверхности.

Способ реализуется следующим образом.

Подвижный узкоугольный радиометр 3 погружается в излучающую среду 2 на определенное расстояние, при этом измеряется интенсивность излучения излучающей среды 2, противорасположенной поверхности 1 в окрестности точки 6 поверхности, а также отраженное излучение из точки 7 поверхности. Путем изменения глубины погружения О, у, ,у,..., у , у ,у,,... ПОДВИЖНОГО узкоугольного радиометра 3 измеряется интенсивность излучения в соответствующих точках излучающей среды 1. В тех же точках измеряется температура Т, излучающей среды 2. Отдельно измеряется температура Т поверхности 1. Так как температура поверхности 1 значительно превьшает температуру чувствительного элемента 4, то спектральная интенсивность излучения I(yk), падающего на чувствительный элемент 4, определяется по формуле

(1)

- (yk).

4-Y

It(yk)T W есо exp()i

(о,лса,Тмч) (2) 55 спектральная интенсивность излучения, отраженного от поверхности 1 в окрестности точки 6 поверхности, ослабленного поглощением в излучаю- j щей среде 2 толщиной (Y-yk);

i,(yk)T la)(1-l(0)exp().f(Q,4GJ,Tw)(3)

-спектральная интенсивность из-ослабленного излучающей средой 2 толлучения, отраженного от поверхностищины У и еще раз отраженного от по1 в окрестности точки 7 поверхности,верхности 1;

15(у)()ехр() 11Т X expC-eJ,, )-ехр(-oj )х f (Ш,4O,Tf .k) (4)

-спектральная интенсивность соб-женного от верхней поверхности 1 и ственного излучения от слоя излучаю-поглощенного в излучающей среде 2 щей среды 2 между точками 6 и 7, отра- толп(иной (Y-yk);

lT(yk) (l-lw)exp(-e:J-tjj т,К xfexpC-t VexpC-t o) х f(o,utO,Tf,k) (5)

-Спектральная интенсивность собст-нижней, а потом от верхней поверхвенного излучения слоя излучающейности 1; среды толщиной У, отраженного от

I .,V

rexp()-exp(-.(o,uco,Tf,k) (6) г ксК L } J

- спектральная интенсивность соб-/ - спектральная излучательная

ственного излучения слоя излучающей 0 способность поверхности 1;

среды толщиной (У-У), в которых со - волновое числоj

У - расстояние между стенками по- йсо - интервал спектра, в котором верхности 1 (толщина слоя излучаю-производятся измерения;

щей среды 2);Xw - температура поверхности 1;

Y ч i температура излучающей среды 0 . (. оо и УК нз. расстоянии у от поверхспектральная оптическая толщина слояности 1.

излучающей среды 2 толщиной (У-О) Величина f(со,да,Х) в выражениях

(Y-y,),(Y-y,,,)(y,-0),(y,,-0)(y,,-y) 40 (1-6) имеет вид (,У соответственно;,

Ис{Ы +

Y/ hca.3

25.---S-.L d(ge). (7)

h СVhcu ,

Jexp(™-)-1 heco NJ,1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, в.ключакяций измерение потока излучения от этих тел и их температуры, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей способа за счет определения излучательной способности этих тел в окружении излучающей среды, дополнительно изменяют температуру излучающей среды и спектральную интенсивность излучения при различных толщи-.пах излучающей среды и по полученным данным определяют излучательную способность поверхности твердых тел.

где CO иди соответственно волновое число и интервал спектра, в котором производят измерения; Т - абсолютная температура; h - постоянная Планка; С - скорость света; К - постоянная Больцмана. Функция f(Q,bco ,Т)может быть легко определена численно. g выражениях (1-6) принято, что ограничивающая поверхность .1 имеет одинаковую температуру Tw и одинаковую спектральную излучательную способность 1М. Коэффициент спектрального поглощения среды представляют в виде полинома . ,., ,у-1-а у +...+а„.,у , (8J где ,а, ,а,а, - коэффициенты кор реляции; у - геометрическая Длина; п - число коэффициенто При этом спектральная оптическая толщина слоя излучающей среды толщиной у;-УК определяется уравнением . «: 2 7 J Xody-a Cyl-yt)™(У -У э ч . , /..п ..(3 « , г, . (У: -у; )). -.-- I V -V п х (9) При наличии т-измерений температу ры излучанхцей среды Tf ,k и m- измерений интенсивноетеи излучения 1(Уц) имеется m уравнений вида (1). Если , то решением этих уравнений определяют спектральную излучательную способность поверхности Ita и п коэффициентов. 56 При n(m-1) для решения системы нелинейных уравнений используют метод минимизации многофакторных задач. Данный способ позволяет определить излу ательную способность поверхности твердых тел в излучающей среде, т.е. в рабочих условиях. Приведенные выпе уравнения справедливы для любой реальной геометрической формы камер сгорания и стенок каналов с потоком излучающего газа. Как показал сравнительный машинный эксперимент для цилиндрического и плоскопараллельного каналов погрешность способа не превьипает 10%, если степень черноты стенок лежит в пределах от 0,2 до 1. Возможности предлагаемого способа расширяются за счет определения спектральной оптической толщины излучакнцего слоя по уравнению (9).