Променистий теплообмін , радіаційний теплообмін, здійснюється в результаті процесів перетворення внутрішньої енергії речовини в енергію випромінювання, перенесення енергії випромінювання і її поглинання речовиною. Протікання процесів Л. т. визначається взаємним розташуванням в просторі тіл, що обмінюються теплом, властивостями середовища, що розділяє ці тіла. Істотна відмінність Л. т. від інших видів теплообміну (теплопровідності, конвективного теплообміну ) полягає в тому, що він може протікати і за відсутності матеріального середовища, що розділяє поверхні теплообміну, оскільки здійснюється в результаті поширення електромагнітного випромінювання.
Промениста енергія, падаюча в процесі Л. т. на поверхню непрозорого тіла і що характеризується значенням потоку падаючого випромінювання Q пад , частково поглинається тілом, а частково відбивається від його поверхні (див. мал. ).
Потік поглиненого випромінювання Q погл визначається співвідношенням:
Q погл = А Q пад ,
де А — поглинальна здатність тіла. У зв'язку з тим, що для непрозорого тіла
Q пад = Q погл + Q oтр ,
де Q oтр — потік відбитого від поверхні тіла випромінювання, ця остання величина рівна:
Q oтр = (1 — А ) Q пад ,
де 1 — А = R — відбивна здатність тіла. Якщо поглинальна здатність тіла дорівнює 1, а отже, його відбивна здатність дорівнює 0, тобто тіло поглинає всю падаючу на нього енергію, то воно називається абсолютно чорним тілом .
Будь-яке тіло, температура якого відмінна від абсолютного нуля, випускає енергію, обумовлену нагрівом тіла. Це випромінювання називається власним випромінюванням тіла і характеризується потоком власного випромінювання Q соб . Власне випромінювання віднесене до одиниці поверхні тіла, називається щільністю потоку власного випромінювання, або випромінювальною здатністю тіла. Остання відповідно до Стефана — Больцмана законом випромінювання пропорційна температурі тіла в четвертій мірі. Відношення випромінювальної здатності якого-небудь тіла до випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла при тій же температурі називається мірою чорноти. Для всіх тіл міра чорноти менше 1. Якщо для деякого тіла вона не залежить від довжини хвилі випромінювання, то таке тіло називається сірим. Характер розподілу енергії випромінювання сірого тіла по довжинах хвиль такий же, як в абсолютно чорного тіла, тобто описується Планка законом випромінювання . Міра чорноти сірого тіла рівна його поглинальній здатності.
Поверхня будь-якого тіла, що входить в систему Л. т., випускає потоки відбитого випромінювання Q oтр і власного випромінювання Q coб ; сумарна кількість енергії, що вирушає з поверхні тіла, називається потоком ефективного випромінювання Q ефф і визначається співвідношенням:
Q ефф = Q oтр + Q coб .
Частина поглиненої тілом енергії повертається в систему у вигляді власного випромінювання, тому результат Л. т. можна представити як різниця між потоками власного і поглиненого випромінювання. Величина Q рез = Q coб — Q погл називається потоком результуючого випромінювання і показує, яку кількість енергії отримує або втрачає тіло в одиницю часу в результаті Л. т. Потік результуючого випромінювання можна виразити також у вигляді Q рез = Q ефф — Q пад , тобто як різниця між сумарною витратою і сумарним приходом променистої енергії на поверхні тіла. Звідси, враховуючи, що Q пад = (Q coб — Q рез ) / А, отримаємо вираження, яке широко використовується в розрахунках Л. т.:
.
Завданням розрахунків Л. т. є, як правило, знаходження результуючих потоків випромінювання на всіх поверхнях, що входять в дану систему, якщо відомі температури і оптичні характеристики всіх цих поверхонь. Для вирішення цього завдання, окрім останнього співвідношення, необхідно з'ясувати зв'язок між потоком Q пад на дану поверхню і потоками Q ефф на всіх поверхнях, що входять в систему Л. т. Для знаходження цього зв'язку використовується поняття середнього кутового коефіцієнта випромінювання, який показує, яка доля півсферичного (тобто що випускається по всіх напрямах в межах півсфери) випромінювання деякої поверхні, що входить в систему Л. т., падає на дану поверхню. Таким чином, потік Q пад на які-небудь поверхні, що входять в систему Л. т., визначається як сума творів Q ефф всіх поверхонь (включаючи і дану, якщо вона увігнута) на відповідні кутові коефіцієнти випромінювання.
Л. т. грає значну роль в процесах теплообміну, що відбуваються при температурах близько 1000 °С і вище. Він широко поширений в різних областях техніки: у металургії, теплоенергетиці, ядерній енергетиці, ракетній техніці, хімічній технології, сушильній техніці, геліотехніці.
Літ.: Невський А. С., Теплообмін випромінюванням в металургійних печах і топках казанів, Свердловськ, 1958; Бліх А. Р., Основи теплообміну випромінюванням М. — Л., 1962; Ісаченко Ст П., Осипов Ст А., Сукомел А. С., Теплопередача, М., 1969.
