آموزش رایگان انتقال حرارت تشعشع

درس «انتقال حرارت تشعشع» در نیم‌سال دوم سال تحصیلی 99-98، در دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی شریف ارائه شده‌است. برای اولین بار است که این درس به شکل آنلاین و مجازی ارائه می‌شود.

عبارت انتقال حرارت تشعشعی به علم انتقال حرارت در اثر امواج الکترومغناطیس اشاره می‌کند. مثال‌های روزمره و واضح مرتبط با این علم عبارت‌اند از تابش خورشید در یک روز غیر ابری، حس گرمای بیشتر از سمت روبروی آتش، آبی بودن آسمان، قرمز بودن غروب آفتاب و حس سرمای بیشتر در شب وقتی آسمان صاف و غیر ابری است.

تمام مواد به طور پیوسته در حال گسیل انرژی از طریق امواج الکترومغناطیسی و یا فوتون‌ها هستند. قدرت این امواج وابسته به دمای آن‌ها است. همچنین انرژی گسیل شده به طول موج، به جهت انتشار و به خواص سطوح و مواد وابستگی دارد. یک فرق اصلی بین انتقال حرارت تشعشعی و دو حالت دیگر انتقال حرارت یعنی رسانش و جابه‌جایی این است که انتقال حرارت تشعشعی می‌تواند بین دو ماده بافاصله زیاد درحالی‌که بین آن‌ها ماده‌ای وجود ندارد اتفاق بیفتد. به عبارتی امواج گسیل شده از اجسام برای انتشار به ماده نیازی ندارند. حتی هوای اطراف در انتقال حرارت تشعشعی نقش زیادی بازی نمی‌کند. انتقال حرارت تشعشعی در کاربردهایی که دمای بالایی وجود دارد می‌تواند مهم باشد. مثال‌هایی از این موارد شامل آتش، کوره‌ها، نازل راکت‌ها، واکنش‌های هسته‌ای، دمای بالا حین برگشت سفینه به جو زمین و محفظه احتراق انواع موتورها می‌شود. از کاربردهای دیگری که در آن دمای خیلی بالا مطرح نیست مسائل مدیریت حرارتی و انتقال حرارت در ماهواره‌ها است. حضور تشعشع خورشید و عدم حضور آن اختلاف دمای قابل توجهی روی سطوح ماهواره‌ها ایجاد می‌کند که لازم است مدیریت شود. مثال روزمره دیگر استفاده از ماکروویو است که گرمایش در آن از طریق تشعشع صورت می‌گیرد. مسئله مهم دیگری که به تشعشع مربوط می‌شود گرمایش زمین است که در اثر جذب تشعشع خورشیدی توسط دی‌اکسیدکربن ایجاد شده توسط بشر در زمین است.

خواص ذکر شده در بالا باعث می‌شود روش تحلیل در انتقال حرارت تشعشع با رسانش یا جابه‌جایی متفاوت باشد. در رسانش یا جابه‌جایی فاصله مورد نظر برای انتقال حرارت بین ذرات یک ماده خیلی کوچک و در حد فواصل بین مولکولی است؛ بنابراین با انتخاب یک حجم دیفرانسیلی کوچک می‌توان به معادلات دیفرانسیل مناسبی برای حل و تحلیل مسئله رسید. این فاصله در تشعشع می‌تواند از فواصل بین مولکولی تا فواصل بسیار طولانی مثل فاصله بین خورشید تا زمین باشد؛ بنابراین نوشتن معادله بقای انرژی برای یک حجم دیفرانسیلی در انتقال حرارت تشعشعی کمکی به حل و تحلیل مسائل نمی‌کند بلکه باید به معادلات انتگرالی برای کل حجم مورد نظر دست یافت که شامل فرکانس یا طول موج، مختصات مکانی، جهات انتقال تشعشعی و زمان می‌شود. خواص در حالت‌های دیگر انتقال حرارت مخصوصاً انتقال حرارت رسانشی خیلی راحت‌تر از انتقال حرارت تشعشعی اندازه‌گیری می‌شوند. این پیچیدگی باعث می‌شود که در این درس وقت بیشتری به معرفی و تحلیل خواص تشعشعی اختصاص یابد.

این درس در مقاطع تحصیلی کارشناسی ارشد و دکتری ارائه می‌شود و پیش‌نیازهای این درس عبارت‌اند از: ریاضیات، انتقال حرارت و ترمودینامیک در دوره کارشناسی