RADIASI ANTARA BADAN NON-HITAM PADA SUHU YANG BERBEDA
RADIATION BETWEEN NONBLACK BODIES AT DIFFERENT TEMPERATURES
Pada prinsipnya, radiasi antara permukaan non-hitam dapat diperlakukan dengan analisis diferensial dari sinar yang dipancarkan dan komponen yang dipantulkan secara berturut-turut. Untuk permukaan yang hampir hitam, ini dapat dilakukan, karena hanya satu atau dua pantulan yang perlu dipertimbangkan. Namun, untuk permukaan yang sangat reflektif, analisisnya menjadi rumit, dan distribusi sinar yang dipancarkan dan dipantulkan sehubungan dengan sudut dan panjang gelombang biasanya tidak diketahui dengan cukup akurat untuk membenarkan perhitungan yang rinci.
Perlakuan yang cukup akurat dimungkinkan untuk permukaan cembung kecil dalam penutup yang besar dan hampir isotermal (yaitu, “rongga”), seperti pipa uap dalam ruangan dengan dinding pada suhu konstan. Laju emisi energi dari permukaan non-hitam 1 ke penutup yang mengelilingi 2 diberikan oleh
dan laju penyerapan energi dari lingkungan oleh permukaan 1 adalah
Di sini kita telah memanfaatkan fakta bahwa radiasi yang mengenai permukaan 1 sangat mirip dengan radiasi rongga atau radiasi badan hitam yang sesuai dengan suhu T2. Karena A1 adalah cembung, ia tidak mengintersepsi sinar-sinarnya sendiri; oleh karena itu F12 telah ditetapkan sama dengan satu. Dengan demikian, laju radiasi bersih dari A1 ke lingkungan adalah
Dalam Persamaan 16.5-3, e1 adalah nilai emisivitas permukaan 1 pada TI. Penyerapan a1 biasanya diperkirakan sebagai nilai e pada T1. Selanjutnya, kita mempertimbangkan sebuah rongga yang dibentuk oleh n permukaan abu-abu, opak, dan memantulkan difus A1, A2, A3, …, An pada suhu T1, T2, T3, …, Tn. Mengikuti Oppenheim, kita mendefinisikan radiositas Ji untuk setiap permukaan Ai sebagai jumlah fluks energi radiasi yang dipantulkan dan dipancarkan dari Ai. Maka aliran radian bersih dari Ai ke Aj dinyatakan sebagai
yaitu, dengan Persamaan 16.4-9 dengan substitusi radiositas Ji menggantikan daya emisif badan hitam oT”
Definisi Ji memberikan, untuk permukaan opak,
di mana li adalah fluks radian yang masuk pada Ai. Penghilangan li demi fluks radian bersih Qi,/Ai dari Ai ke dalam rongga memberikan
Akhirnya, suatu neraca energi keadaan tetap pada setiap permukaan memberikan
Di sini Q, adalah laju penambahan panas pada permukaan A, melalui cara non-radiasi.
Persamaan yang sebanding dengan Eqs. 16.5-4, 7, dan 8 muncul dalam analisis rangkaian arus searah, dari hukum konduksi Ohm dan hukum konservasi muatan Kirchhoff. Oleh karena itu, kita memiliki analogi berikut:
Analogi ini memungkinkan penggambaran diagram rangkaian ekuivalen untuk visualisasi masalah radiasi dalam enclosure yang sederhana. Sebagai contoh, sistem dalam Gambar 16.5-1 memberikan rangkaian ekuivalen yang ditunjukkan dalam Gambar 16.5-2 sehingga laju transfer panas radiasi bersih adalah
Solusi cepat yang dirangkum dalam Persamaan 16.4-15 juga telah digeneralisasi untuk enclosure dengan dinding non-hitam, memberikan
Sebagai pengganti Persamaan 16.5-8, untuk enclosure dengan Qi = 0 untuk i = 2, 3, …, n. Hasilnya mirip dengan yang ada di Persamaan 16.5-9, kecuali bahwa F1, harus digunakan menggantikan F1, untuk memasukkan jalur tidak langsung dari A, ke A,, sehingga menghasilkan laju transfer panas yang lebih besar.
Example 16.5-1: Pelindung Radiasi
Kembangkan suatu ekspresi untuk pengurangan transfer panas radiasi antara dua bidang abu-abu paralel tak terhingga yang memiliki luas yang sama, A, ketika sebuah lembaran abu-abu tipis dengan konduktivitas termal yang sangat tinggi diletakkan di antara keduanya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.5-3.
SOLUTION
Tingkat radiasi antara bidang 1 dan 2 diberikan oleh
karena kedua bidang memiliki luas yang sama A dan faktor pandang adalah satu. Demikian pula, perpindahan panas antara bidang 2 dan 3 adalah
Dua persamaan terakhir ini dapat digabungkan untuk menghilangkan suhu pelindung radiasi, T,, memberikan
Kemudian, karena Q,, = Q2, = Q,,, kita mendapatkan
Akhirnya, rasio transfer energi radiasi dengan pelindung terhadap yang tanpa pelindung adalah