Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

сеяния при рассеянии излучения малыми частицами. Основные этапы вывода соотношений Рэлея можно найти, кроме оригинальной статьи, в работе [29]. Сечение рассеяния Сз в случае рэлеевского рассеяния определяется формулой [29]

128я?в / ff - 1 у 24яУ ( « - l Y

(2.87)

где п - относительный коэффициент преломления, % - длина волны в среде, R - радиус частшхы, К - ее объем.

Выражение для спектрального коэффициента рассеяния а?, для газов в случае рэлеевского рассеяния получается из формул (2.536) и (2.87) в внде (если - число молекул в 1 см газа)

так как для газа «Н- 23. Индикатриса рассеяния для рэлеевского рассеяния определяется формулой [31]

р{в)-тО +cos2e).

(2.89)

В большинстве практических приложений рэлеевское рассеяние теплового излучения молекулами или атомами газа несущественно, поскольку коэффициент рассеяния q\ очень мал. Например, для СОг при температуре С С и давлении 0,1 МН/м (1 атм) расчеты но формуле (2.88) при % = 2 мкм (т. е. в инфракрасной области спектра) и п- 1,00045 дают значение gjr: 1,5-10" см"\ что для большинства практических задач является весьма малой величиной.

В идеальном кристаллическом твердом теле расположение всех молекул упорядочено, поэтому оно ведет себя как вполне однородная среда и рассеяния не происходит. Однако отклонения от идеальности из-за несовершенства кристаллической решетки (т. е. наличия незанятых, смещенных или замещенных узлов решетки) могут вызвать рэлеевское рассеяние, хотя рассеяние теплового нзлучення вследствие таких причин пренебрежимо мало.

Рассеяние излучения жидкостями является промежуточным случаем между рассеянием излучения газом и твердым телом. Рэлеевское рассеяние в жидкости возможно благодаря так называемым флуктуациям плотности, обусловленным тепловым движением внутри жидкости. Подробное рассмотрение рассеяния вследствие флуктуации плотности можно найти в работе [29, гл. 9], однако в задачах теплового излучения такими эффектами можно пренебречь.

РАДИАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Излучение, падающее на поверхность непрозрачного материала, никогда не проникает на большую глубину; аналогично излучение, возникающее внутри непрозрачного тела, никогда не достигает его поверхности. Поэтому для непрозрачных материалов поглощение, испускание и отражение излучения - явления поверхностные. Однако для полупрозрачного материала поглощение н испускание излучения являются скорее объемными процессами, чем поверхностными. Рассмотрим, например, лист стекла при заданной температуре Поток излучения на его поверхности зависит от толщины листа, распределения температуры внутри листа и от радиационных свойств материала, таких, как коэффициент поглощения, коэффициент рассеяния (если имеются рассеивающие частицы) и показатель преломления.

Для расчета степени черноты и отражательных характеристик полупрозрачных материалов требуется решение интегро-дифференциального уравнения переноса излучения в рассматриваемой среде с соответствующими граничными условиями. Математическая формулировка и решения некоторых задач такого тина будут рассмотрены в гл. 8-11.

ПРИМЕЧАНИЯ

) Комплексные выражения (2.19) формально могут быть запнсань/ в внде

{АЪ л-Ь) - lb [В - А)

5 + &

Сопряженная комплексная величина имеет вид

{АВ + 6) + ib (В - А) 12

В + 6

Тогда абсолютное значение р определяется по формуле

I р , = fppnV. = (АВ-ЬГ+ЬЧВАГ Ai±f

) Данкл [81 определил комплексный показатель преломления в виде т = = п{\ - ik), тогда как в настояшей работе принято определение т = п - - т. Эти два определения связаны соотношением nk = п.

) Среднеквадратичная шероховатость определяется как среднеквадратичное отклонение поверхности от среднего уровня

) Напомним, что, когда поверхность облучается равномерно, справедливо следующее соотношение взаимности [см соотпоиюпне (1 102)]:

при О = 6 и ф

р (г; 2я->6, Ф) = р (г, 6, ф-гя)



5) Для поглощающей излучающей и рассеивающей среды уравнение переноса излучения (2.58) принимает вид

2л I <p=0\i--l

где p(ii, fi) ~ ниднкатрнса рассеяния, a Ov-спектральный коэффициент рассеяния. Уравнение переноса излучения для рассеивающей среды будет подробно рассмотрено в гл. 8.

) Интеграл вероятности ошибки определяется в виде

erf х = - [ е" d. " о"

Л Для изолированной линии, описываемой, например, формулой Лоренца (2,65), параметр формы лтши имеет вид

а/п

где а - полуширина линии.

*) Обозначения были введены ранее: а - полуширина линии, d-расстояние между линиями, К - интегральная интенсивность в линии, у-толщина слоя газа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Drude Р., The Theory of Opfics, Dover Publicafions, New York, 1959; имеется русский перевод с немецкого: Друде П., Оптика, ОНТИ, Л. -М. (перевод с третьего немецкого издания), 1935.

2 Jones D. S. The Theory oof Elecfromagnefism, Macmillan Co., New York, 1964.

3. Walsh J. T. W.. Appendix of Taylor A. K. and Frievenson C. J. W., The Transmission Factor of Commercjal Window Glasses, Depf. Sci. Ind. Res., Ilium. Res. Tech. Paper № 2, 1926.

4. Duncle R. v.. Thermal Radiation Characteristics of Surfaces, in Theory and Fundamental Research in Heat Transfer, ed. by J. A. Clark, Pergamon Press, New York. 1963, pp. 1-31.

5 Konig W., Handbuch der Physik, Vol. 20, Springer, Berlin, 1928, pp. 190- 192.

6. Ho!l H. В., The Reflection of Electromagnetic Radiation (Based on Classical Electrodynamics), Army Missile Command Rent № RF-TR-63-4, 1963, Vol. II, Appendix: Tables of Radiation Reflection Functions.

7. Holl H. В., Numerical Solutions of Fresnel Equations in the Optical Region, in Symposium on Thermal Radiation of Solids, ed. by S. Katzoff, NASA SP-55, US Government Printing Office, Washington, D. C, 1965, pp. 45-61.

8. Duncle R. V., Emissivity and Inter-reflection Relationships for infinite Parallel Specular Surfaces, in Symposium on Thermal Radiation of Solids, ed. by S. Katzoff, NASA SP-55, US Government Printing Office Washington, D. C, 1965, pp, 39-44.

9. Davies H., Reflection of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces, Proc. Inst. Elec. Engrs (London), 101, 209-214 (1954),

10. Bennett H. E., Porteus J, O., Relation Between Surface Roughness and Specular Reflectance at Normal Incidence, /. Opt. Soc. Am., 51, 123-129 (1961).

11. Porteus J. О., Relation Between the Height Distribution of a Rough Surface and the Reflectance at Normal Incidence, J. Opt. Soc. Am., 53, 1394- 1402 (1963).

12. Bennett H. E., Specular Reflection of Aluniinized Ground Glass and the Height Distribution of Surface Irregularities, J. Opt. Soc. Am., 53, 1389- 1394 (1963).

13. Birkebak R. C, Dawson J. P., McCullough B. A., Wood B. E., Hemispherical Reflectance of Metal Surfaces as a Function of Wavelength and Surface Roughness, Intern. J. Heat Mass Transfer, (0, 1225-1232 (1967).

14. Toppenc K. E., Спэрроу Э. M., Двухпараметрическая отражательная способность непроводника электричества как функция длины волны и шероховатости noBepxFiocTH, Труды амер. о-ва инж.-мех., сер, С Теплопередача, № 2, 145 (1965).

15. Торренс К. е., Спэрроу Э. М., Незеркальные пики в пространственном распределении отраженного теплового излучения, Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 2, 81 (1966).

16. Биркбэк Р. С, Эккерт Е. Р., Влияние шероховатости металлических поверхностей на угловое распределение отраженного монохроматического излучения, Труды амер. о-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, № 1, 102 (1965).

17. Safwat Н. Н., Parmer J. Е., Effect of Sjrface Rougliness on Specular and Diffuse Reflectance Components of Carbon Steel in Visible Wavelength Range, ASME Paper № 69-WA/HT-42, 1969

18. Beckmann P., Spizzichino A., The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surface, Macmillan Co., New York, I960.

19. Symposium on Thermal Radiation of Solids, ed. by S. Katzoff, NASA SP-55, US Government Printing Office, Washington, D. C, 1965.

20. Gubareff G. G., Janssen J E., Torborg R. H., Thermal Radiation Properties Survey, Honeywell Research Center, Minneapolis-Honeywell Regulator Company, Minneapolis, Minn, I960.

21. Мак-Адамс В. X., Теплопередача, Металлургиздат, М., 1961, стр. 87-175.

22. Свет Д. Я., Температурное излучение металлов и некоторых веществ, Металлургиздат, М., 1964.

23. Wood v. D., Deem Н W., Lucks С. F., Thermal Radiative Properties, 3, Plenum Press, New York, 1964.

24. Singham J. R., Tables of Emissivity of Surfaces, Intern. J. Heat Mass Transfer, 5, 67-76 (1962).

25. Touloukian Y. S., DeWitt D. P., Thermal Radiative Properties, Vol. 7; Metallic Elements and Alloys, IFl Plenum, New York, 1970.

26. Mie G. A., Beitrage zur Optic truber Medien Speziell Kolioidale MetoUo-sungen, Ann. Physik. 25, 377-445 (1908).

27. Хюльст Г., Рассеяние света малыми частицами, ИЛ, М., 1961.

28. Стрэттон Д. А., Теория электромагнетизма, М. -Л., 1948,

29. Кегкег М., The Scattering of Light, Academic Press, London, 1969.

30. Deirmendjian D., Electromagnetic Scattering on Spherical Polydlsperslons, American Elsevier Publishing Co., New York, 1969.

31. Чандрасекар С, Перенос лучистой энергии, ИЛ, М., 1953.

32а. Penndorf R. Scattering and Extinction Coefficients for Small Absorbing and Non-absorbing Aerosols, J. Opt. Soc. Am., 52, 896-905 (1962).

326 Penndorf R., Mie Scattering in the Forward Area, Infrared Phys., 2, 85- 102 (1962).

32b. Penndorf R., in Electromagnetic Scattering, ed. by M Kerker, Pergamon Press, Oxford, 1963.

33. Chu С M., Churchill S. W., Representation of the Angular Distribution of Radiation Scattered by a Spherical Particle, J. Opt. Soc. Am., 45, 958-962 (1955).



34 Roftell R L, Stem R S, cds Eleclromagnetic Scattering Gordon and Breach Science Publishers New York, 1967

35 Lowan A N, Tables of Scattering Functions for Spherical Particles, National Bureau of Standards Applied Mafhtmatics Series № 4 US Government Printing Office, Washington DC 1948

36 Chu С M Clark G C, Churchill S W Tables of Angular Distribution Coefficients for Lighf Scattering by Spheres University of Michigan Press, Ann Arbor Mich, 1957

37 Deirmendjian D, Clasen R, Viezee W, Mie Scattering with Complex Index of Refraction, / Opt Soc Am, 51, 620-633 (1961)

38 Plass G N Mie Scattering and Abscrbtion Cross Sections for Aluminum Oxide and Magnesium Oxide, Appl Opt, 3, 867 (1964)

39 PlassG N Temperature Dependence of the Mie Scattering and Absorb tion Cross Sections for Aluminum Oxide, Appl Opt, 4, 1616-1619 (1965)

40 Gry\nak D A Burch D E Optical and Infrared Properties of А!?Оз at Elevated Temperatures, / Opt Soc Am, 55, 625-629 (1969)

41 Plass G N Mie Scattering and Absorbtion Cross Sections for Absorbing Particles Appl Opt, 5, 279-285 (1966)

42 Kalfawar G \V Plas-; G N, Electromagnetic Scattering from Absoibing Spheres Appl Opt 6, 1377-1382 (1967)

43 S uU V R Plass G N, Emissivity of Dispersed Carbon Partides / Opt Soc Am 50, 121 - 129 (I960)

44 Herman В M Infra red Absorption Scattering and Total Attenuation Cross Sections for Water Spheres, Quart, J Roy Meteorol Soc, 88, 143- 150 (1962)

45 American Institute of Phjsics Handbook, 2nd ed , Section 6, McGram HiU Book Co Neu York, J9G3, pp 11-131

46 International Critical Tables, Vol V, McGraw Hill Book Co, New York, 1929 pp 248-252

47 Randall 11 M, Denmson D M, Gmsburg N, Weber L R , The Far Infra red Spectrum of Water Vapor, Phys Rev, 52, 160-174 (1937)

48 Эдварде Д К Л>чистыи теплообмен в объеме с несерой оболочкой, заполненном нзотерчшческои газовой смесью двуокиси углерода с азотом, Труды амер о ва инж-мех сер С, Теплопередача № 1, 3 (1962)

49 Пеннер С С, Количественная молекулярная спектроскопия и излучатель-ная способность газов ИЛ 1963

50 Гериберг Г, Спектры и строение двухатомных молекул ИЛ М 1949 Электронные спектры и строение многоатомных молекул, изд во «Мир», 1969

51 Lorentz Н А The Absorption and Emission Lines of Gaseous Bodies, Acad Set {Amsterdam), 8. 591-611 (1906)

52 Schack A, Industrial Heat Transfer (English translation), Wiley, New York, 1933, pp 182-200, имеется русский перевод с немецкого Шак А Промышленная теплопередача Металлургиздат М, 1961

53 Llsasser W М, Heat Transfer by Infrared Radiation in the Atmosphere, ffarvard Meteorologicaf Studies, Ks 6 Harvard tiniversity Blue Hill Me teorologi..al Observatory Milton Mass 1942

54 Mayer H Methods of Opacity Calculations, LA 647, Los Alamos N M October 3 1947

55 Goody R M A Statistical Model for Water Vapor Absorption, Quart I Roy Meteorol Soc,78, 165-169 (1952)

56 Plass G N Models for Spectral Band Absorption, / Opt Soc Am, 48, 690-703 (1958)

57 Уиттекер Э T Ватсон Д H, Курс современного анализа Физматгиз М 1963

58 Richmond J С, Effect of Surface Roughness on Emittance of Nonmetals, / Opt Soc Am, 56, 253-254 (1966)

59 Bennett И E Influence of Suifa..e Roughness Surface Damage, and Oxide Films on Emittance, in Symposium on Theimal Radiation of Sohds ed by S Katzoff, NASA SP 55 US Government Printing Office, Washington D C, 1965, pp 145-152 & & -

60 Гуди P M , Атмосферная радиация, изд во «Мир», 1966

61 Malkmus W, Thomson A Infrared Emissivity of Diatomic Gases for the Anharmonic Vibrating Rotator Model, / Quant Spectru Radiative Trans fer, 2, 17-39 (1962)

62 Jamieson J A, McFree R M Plass G N, Grube R II, Richards R G Infrared Physics and Engineering, McGraw Hill Book Co, New York, 1963

63 Da\ies W O, infrared Absorption by Carbon Monoxide at High Tempera ture, / Chem Phys, 36, 292-297 (1962)

64 Breeze J C, Ferriso С С, General Dynamics/Corvair Rent № GD/C DBE 65 007, May 1965

65 Abu Romia M M, Tien С L, Measurement and Correlations of Infrared Radiation of СчгЬоп Monoxide at Elevated Temperatures, / Quant Spec-try Radiative Transfer 6, 143-167 (1966)

66 Абу Ромиа М М, Тьен К Л, Средние коэффициенты поглощения инфракрасного излучения газов, Труды амер о-ва инж-мех, сер С Теплопередача, № 4, 46 (1967)

67 Plass G N , Spectral Emissivity of Carbon Dioxide from 1800-2500 cm / Opt Soc Am, 49, 821-828 (1959)

68 Edwards D K, Absorption by Infiared Bands of Carbon Dioxide at Elevated Pressures and Temperatures, / Opt Soc Am, 50, 617-626 (I960)

69 Howard J N, Burch D E, Williams D, Infrared Transmission of Synthetic Atmospheres, III Absorption by Water Vapor, / Opt Soc Am 46. 242-245 (1956) f , / , ,

70 Goldstein R, Preliminary Absolute Intensity Measurements for 138 187 and 27ti Bands of Water Vapor between 125 and 200°C, / Quant Spectru Radiative Transfer, 3, 91-93 (1963)

71 Jaffe J H, Benediet U S The Strength of the v3 Vibration of HO / Quant Spectry Radiatiie Transfer, 3, 87-88 (1963)

72 Fernso С С, Ludwig С В, Spectral Cmissivities and Integrated Intensities of the 27ii IfjO Band between 530 and 2200 °K, / Quant Spectry Radiative Transfer, 4, 215-227 (1964)

73 Edwards D K, Flornes В J, Classen L К Sun W, Correlation of Ab sorption by Water at Temperatures from 300 to UOOX Appl Opt 4, 715-721 (1965)

74 Goldstein R, Measurements of Infrared Absorption by Water Vapor at Temperature to 1000 "K, / Quant Spectry Radiative Transfer 4 343- 352 (1964)

75 Armstrong В H Holland D H, Meyerott R E, Absorption Coefficients of Air from 22,000 to 220,000°, Air Force Special Weapons Center, Rept № TR 58 36, Kirkland Air Force Base, Albuquerque, N M, 1958

76 Armstrong В H, Mean Absorption Coefficients of Air, Nitrogen, and Oxygen from 22,000 to 220 000 Lockheed Missiles and Space Division Rent № LMSD 49759, Palo Alto, Calif, 1959

77 Meyerott R E, Sokoloff J, Nicholls R W, Absorption Coefficients of Air, Air Force Cambridge Research Center, Geophysics Research Paper K° 68, Bedford, Mass, 1960

78 Armstrong В H et al, Radiative Properties of High Temperature Air, Л Quant Spectry Radiative Transfer, I, 143-162 (1961)

79 Kivel B, Bailey K, Tables of Radiation from Iligli Temperature Air, AVCO Everett Res Lab Res Rept № 2f !957

80 Collins J R, A New fnfra Red Absorption Band of Liquid Water at 2 52ti, Phys Rev, 55, 470-472 (1939).





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101