ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен излучением в поглощающей и рассеивающей среде из "Тепловая изоляция в технике низких температур" Закономерности теплообмена излучением в изоляции не подвергались достаточно полному анализу на теоретической основе. В данном разделе кратко изложены теоретические основы теплообмена излучением в ослабляющих средах. [c.46] Таким образом эффективность ослабления излучения частицей зависит от диаметра частицы, длины волны, а также показателей преломления и поглощения вещества частицы, зависящих в свою очередь от длины волны. [c.47] В литературе имеется много работ, содержащих результаты вычислений по уравнениям Ми для различных значений хит. [c.48] В ряде случаев выведены сравнительно простые формулы, которые могут быть получены и как частные решения общих уравнений Ми. [c.48] Процессы рассеяния оказываются совершенно различными в зависимости от того, велики или малы фазовые сдвиги по сравнению с I. Для малых частиц сдвигом фаз можно пренебречь. В результате поле, создаваемое малой частицей, как вторичным излучателем, можно рассматривать, как поле диполя. Поле, создаваемое большими частицами, является полем более высокого порядка. [c.48] В случае малых сферических частиц, диаметр которых значительно меньше длины волны (х с1), можно ограничиться рассмотрением лишь одной парциальной волны электрических колебаний, так как амплитуды остальных воли пренебрежимо малы. [c.48] Кривая распределения интенсивности рассеянного излучения называется индикатрисой рассеяния. Индикатриса рэлеевского рассеяния показана на рис. 11, а. Максимальное, одинаковое по величине рассеяние имеет место в направлении падающего излучения и в обратном направлении. [c.49] Рассеяние в боковом направлении в два раза меньше. [c.49] При очень больших значениях т сдвиг фаз р может стать большим даже при весьма малом диаметре частиц. На практике этот случай встречается у металлических частиц и представляет для нас существенный интерес ввиду использования металлических порошков для экранирования излучения в изоляции. [c.49] Максимум рассеяния здесь направлен назад, против хода лучей (рис. 11,6). Интенсивность рассеяния вперед составляет 7д интенсивности рассеяния назад, так как, кроме электрического дипольного излучения, вступает в действие также магнитное дипольное излучение. [c.49] Коэффициент ослабления металлических частиц также приближается по величине к 2 при увеличении диаметра частиц (рис. 13) причем в этом случае переход происходит более плавно и при меньшем диаметре. На рис. 13 нанесены также значения кд- Он достигает максимума при х 1,25. При дальнейшем увеличении х коэф-. фициент кд уменьшается вследствие вытягивания индикатрисы рассеяния в направлении распространения падающего излучения. Все же у больших (л Э 1) металлических частиц ке не снижается меньше 1, т. е. металлическая частица рассеивает в обратном направлении излучение, падающее на площадь, равную или большую, чем ее поперечное сечение. [c.51] У диэлектрических частиц вытягивание индикатрисы рассеяния вперед происходит в еще большей степени. На рис. 14 показано изменение ко в зависимости от комплексного показателя преломления. При уменьшении т от оо (металлические частицы) до 1,5 рассеяние излучения частицей назад уменьшается приблизительно в 3 раза, а при дальнейшем уменьшении т до 1,1 оно снижается в 12 раз. [c.51] Все приведенные выше уравнения и вычисленные по ним численные значения получены для рассеяния монохроматического излучения сферической частицей. На практике частицы порошков имеют форму, отличающуюся от сферической, а тепловое излучение не является монохроматическим (см. рис. 10). [c.51] Диаграмма рассеяния, обусловленная отражением от сравнительно больших выпуклых частиц любой формы, ориентированных случайным образом, тождественна с диаграммой рассеяния при отражении от шаров из того же вещества с теми же свойствами поверхности. При этом среднее геометрическое поперечное сечение выпуклой частицы, ориентированной случайным образом, составляет Л площади ее поверхности. [c.51] Согласно уравнению (85) рассеяние на малых частицах обратно пропорционально четвертой степени длины волны падающего излучения. Поэтому при прохождении теплового излучения через слой частиц малых размеров прошедшее излучение обогащается длинноволновыми компонентами, а рассеянное — короткими. При больших размерах частиц такого явления не будет. [c.52] Ослабление излучения дисперсной средой. Изоляционный материал представляет собой дисперсную среду, состоящую из множества частиц. При достаточно больших расстояниях между частицами рассеяние излучения одной частицей не зависит от присутствия других частиц (однократное рассеяние независимыми частицами). В первом приближении достаточным условием является расстояние между частицами, в три раза превышающее радиус и заметно превышающее длину волны. [c.52] При тепловой изоляции условия рассеяния независимыми частицами могут выполняться в первом приближении в некоторых случаях, например, для тонкодисперсных материалов, а также для металлических порошков, добавляемых с целью экранирования излучения. [c.52] Подставляя в формулу (90) выражения для ко малых и больших частиц, находим, что коэффициент ослабления облака малых частиц пропорционален кубу диаметра частиц, а больших частиц—обратно пропорционален диаметру. При этом положение максимума коэффициента ослабления облака частиц сдвинуто в сторону меньших значений диаметра по сравнению с положением максимума коэффициента ослабления одной частицы. [c.53] При постоянных значениях длины волны, абсолютного показателя преломления среды Пс и концентрации частиц величина коэффициента рассеяния среды является функцией диаметра частиц и показателя преломления вещества частиц относительно среды п, равного отношению абсолютных показателей преломления вещества частиц и среды. При постоянном показателе п величина коэффициента рассеяния проходит через максимум при определенном значении фазового сдвига р, соответствующем оптимальному размеру частиц. [c.53] Если принять постоянным размер частиц вместо длины волны, то зависимость отношения d/k от показателя п несколько изменится. В этом случае пользуются другими формулами для i max, С помощью которых опредсляют диаметр частиц, измеряя на спектрофотометре прозрачность порошка (обычно в виде суспензии) по отношению к свету с различной длиной волн. Результаты исследований показывают хорошее согласование данных, полученных этим способом, с измерениями размеров частиц адсорбционным методом, электронным микроскопом и другими методами. [c.53] Вернуться к основной статье