WarmFires.ru

Рис. 109. Жаровые элементы в дымоходах (газоходах, дымооборо-тах, дымовых трубах), нагревающиеся в потоке горячих газов (отбирая от них тепло и охлаждая их) и излучающих лучистое тепло на стенки каналов дымоходов: а - безоборотный дымоход (канал), б - бесканальный колпаковый дымоход, в -многооборотный дымоход, г - температурная зависимость степени черноты 8Со2 газового слоя углекислого газа, д - температурная зависимость степени черноты 8Н2о газового слоя водяного пара (цифры при кривых на рис. «г» и «д» соответствуют произведениям р(С02

)х1 и р(Н20

)х1, где р(С02)

и р(Н20) -

парциальные давления углекислого газа и водяных паров в кПа (1 атм=100 кПа), 1 -толщина слоя в метрах), е - спектры поглощения СО2

и Н2О

(штриховые зоны), излучения Солнца и абсолютно чёрных тел (а. ч. т.). 1 - стенки каналов дымоходов (кирпичные, керамические, металлические), 2 - металлический жаровой элемент, расположенный в дымовом канале (пластина, в том числе вытянутая, свёрнутая в трубу, согнутая волной, скрученная винтом-спиралью и т. п., цепи, тросы, проволоки продольные), 3 -

направление движения дымовых газов, 4 -

направление лучистых потоков с жаровых элементов, 5 -

жаровой элемент в виде утеплённого верха (потолка) колпака в дымоходе, 6 - рассечки-стенки дымооборотов (кирпичные, стальные), выполняющие роль жаровых элементов, 7 - зона «перевала» - разворота газов сверху вниз, 8 -

зона «подвёртки» - разворота газов снизу вверх.

Во-вторых, любой даже абсолютно не задымлённый газ излучает (а также и поглощает) свет в виде отдельных спектральных линий, отвечающих квантовым переходам атомов и молекул. Спектральные линии молекул сгруппированы в ансамбли (полосы), поскольку любой электронный уровень молекулы (в отличие от электронных уровней атомов) расщеплен на многочисленные колебательные, вращательные и деформационные подуровни. Молекулы азота и кислорода в спектральной области (0,5-25) мкм практически не излучают и не поглощают. Поэтому воздух и дымовые газы излучают и поглощают только из-за наличия трёхатомных молекул углекислого газа (0,03% об. в свежем воздухе, до 1% об. в банях, до 20% об. в дымовых газах) и водяных паров (1% об. в свежем воздухе, до 10% об. в банях, до 50% об. в дымовых газах). В тонких слоях интенсивность излучения (и степень поглощения) газа растёт линейно с увеличением толщины слоя 1 и с повышением парциального давления (объёмного содержания) примесей углекислого газа р(С02) и водяных паров р(Н20), то есть с увеличением произведения рх1. При этом спектральные линии, сохраняя свою форму, лишь растут по амплитуде. С ростом толщины слоя интенсивность излучения в центрах спектральных линий может достичь интенсивности излучения абсолютно чёрного тела при той же длине волны излучения и при той же температуре газа. При этом центр спектральных линий уже не можут далее возрастать по своей амплитуде и с увеличением толщины слоя и остаются на постоянном уровне излучения (насыщаются). Но интенсивность излучения в крыльях спектральных линий продолжает расти с увеличением толщины слоя газа. В результате интенсивность линейчатого излучения в тонких слоях пропорционально рх1, а в толстых слоях пропорционально (рх 1)1/2. Интенсивность же сплошного (по спектру) излучения (серого) растёт экспоненциально [1-ехр(-рх1)].

Напомним, что пары воды имеют полосы поглощения (1,5-1,75) мкм, (2,5-3,0) мкм, (4,8-8,0) мкм, (8,0-9,5) мкм и (12,5-25,0) мкм, а углекислый газ (2,4-3,0) мкм, (4,0-4,8) мкм и (12,5-16,5) мкм. При сжигании каменного угля и нефти возможно появление полос поглощения двуокиси серы 802 (3,8-4,0) мкм, (4,1-4,6) мкм, (6,9-9,5) мкм и (15,8-23,2) мкм. Так, например, наличием в атмосфере Земли углекислого газа объясняют парниковый эффект атмосферы. Излучение Солнца, достигающее Земли с интенсивностью 1,4 кВт/м2, имеет спектральный максимум в видимой области спектра на сине-зелёных длинах волн 0,4-0,5 мкм, где газовая составляющая атмосферы прозрачна (но может поглощать пыль в атмосфере). Поэтому излучение Солнца достигает поверхности Земли и нагревает её. В свою очередь нагретая поверхность Земли излучает тепло в космос. Ввиду низкой средней температуры поверхности Земли 30°С, максимум теплового излучения приходится на длину волны 10 мкм. Такое излучение с мощностью порядка 0,5 кВт/м2 (в предположении «а.ч.т.» - абсолютно чёрного тела) может частично поглощаться водяными парами и углекислым газом, содержащимися в атмосфере, и в космос не удаляться, а нагревать атмосферу (см. рис. 109е). Чем больше в атмосфере углекислого газа, тем выше температура атмосферы. Так, например, подсчитано, что при увеличении объёмного содержания углекислого газа СО2 в атмосфере с обычного уровня (0,03-0,04)% об. вдвое до 0,08% об. средняя температура земной поверхности повысилась бы на 4 градуса, что привело бы к катастрофическому климатическому эффекту - усиленному таянию льдов и повышению уровня мирового океана.