3 тепло (3 ДЗ, 7 Вараинт, Афанасьев В. Н)

Московский государственный технический университет имени

Н.Э. Баумана

Факультет «Энергомашиностроение»

Кафедра «Теплофизика»

«ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»

Домашнее задание №3

Расчет лучистого теплообмена

Вариант: 7

Группа: Э1-62

Студент: Лигостаев В. В.

Преподаватель: Афанасьев В. Н.

Москва 2018 г.

ЗАДАНИЕ № 3

Расчет лучистого теплообмена

Условие задания:

В трубчатом теплообменнике (Рис.1), изготовленном из труб с внешним диаметром d = 42 мм, расположенных с шагами S₁ = 85 мм и S₂ = 65 мм, движется поток смеси газов, имеющий среднюю температуру t_г = 893 ⁰С. Тепло от газа к наружным стенкам труб, температура которых равна t_ст = 487 ⁰С передается за счет излучения углекислоты CO₂ и водяных паров H₂O (их парциальные давления соответственно равны P_CO2 = 0,110 бар, P_H2O= 0,100 бар, степень черноты стенок труб _ст = 0,82).

Требуется определить:

1. Лучистый тепловой поток q_л от газов к стенкам труб и коэффициент теплоотдачи излучением α_л.

2. Влияние температуры газа T_г на лучистый тепловой потоку q_л и коэффициент теплоотдачи дачи излучением α_л, если эта температура будет увеличена на 50, 100 K, а исходные данные останутся прежними.

1. Построить график зависимости q_л = f(T_г).

Рис. 1. Схема трубчатого теплообменника

Решение:

t_г = 893 ⁰C T_г = 1166 K

t_ст = 487 ⁰C T_ст = 760 K

Величину лучистого теплового потока q_л от газов к стенкам труб определяют по зависимости:

Здесь неизвестны три величины: эффективная степень черноты системы _эф, степень черноты газов _г и поглощательная способность газов A_г.

1. Эффективная степень черноты системы определяется по формуле:

_эф = 0,5 (_ст + 1)

где _ст – степень черноты стенок труб – является заданной величиной,

_ст = 0,82 тогда

_эф = 0,5 (0,82 + 1) = 0,91.

1. Для того, чтобы найти степень черноты газов, необходимо определить степень черноты каждого излучающего газа _H2O _СO2 и поправку на перекрытие полос излучения , кото-

рая зависит от парциального давления P_H2O и средней длины пути луча l (эффективной толщины излучающего слоя газа):

Определю среднюю длину пути луча (эффективную толщину излучающего слоя газа):

так как

то средняя длина пути луча (эффективная толщина излучающего слоя газа) равна:

Произведения P l (P – парциальное давление газа, l - средняя длина пути луча или эффективная толщина излучающего слоя газа) будут равны:

P_CO2 l = 0,110 0,108 = 0,01188 м бар

P_H2O l = 0,100 0,108 = 0,0108 м бар

По графикам (см. Приложение 2 рис. 2 и рис. 3) найдем степень черноты водяных паров _H2O и углекислоты _CO2 и величину поправки на перекрытие полос спектра излучения :

при температуре

при температуре

при температуре

Определить степень черноты газов:

при температуре

при температуре

при температуре

Поглощательная способность газов

при температуре

при температуре

при температуре

1. Величину радиационной составляющей определяют по зависимости:

при температуре

при температуре

при температуре

1. Коэффициент теплоотдачи излучением

при температуре

при температуре

при температуре

По трем получаемым значениям строится график зависимости

Зависимость лучистого теплового потока q_л от температуры газов