Теория тепломассобмена (Леонтьев), страница 72

Поэтому сведения о степени черноты газов приводятся в виде зависимостей кг = Др1,ф, Т), где р — парпиальное давление газа, 1,ф — эффективная длина луча в газовом объеме, Расчет интегральных характеристик по формулам (1Х.32) и (1Х.ЗЗ) требует весьма подробных и точных сведений о спектрах излучения газов, как это видно, например, из рис. 1Х.18 и 1Х.19. Поэтому, как уже отмечалось, более надежные данные получаются при непосредственных измерениях в экспериментах тепло- Фг вых потоков, исходящих гя5 от газовых объемов или ' и' м' поглощаемых ими. На рис. 1Х.25 показана зависимость интеграль- мг ной степени черноты слоя р- м'па воздуха от температуры при разных давлениях, а М парис. 1Х.26 интегральная е я и и т и; я степень черноты углекислого газа н водяного пара в зависимости от темпера- Рис.

1Х.яз. Степень черноты туры при разных значе слоя воздуха толщиной 10 см пнях "силы поглощения" р1эф. Водяной пар обнаруживает отклонения от закона Бэра уже при небольших давлениях, поэтому значение еИ О, найденное из рис. 1Х.26 б, нужно умножать на поправочный множитель |9, зависящий от парпиального давления пара (рнс. 1Х.27).

Если газовал смесь содержит несколько излучающих газов, то степень черноты смеси находят суммированием степеней черноты компонентов. Из-за частичного перекрытия полос 013 013 поглощения разных газов и, следовательно, взаимного поглощения излучения действительная степень черноты оказывается несколько меньше этой суммы. Так,для расчета степени черноты Рис. 1Х.36. Степень черноты Зтлеаислого газа (а) и водяного пара (6) продуктов сгорания, содержащих СОз и Н10, используют выражение ег = сСОз+ФНзΠ— ~)с. (1Х.34) 614 61$ оя Е,ГГЯа Рнс. 1Х.Вт. Поправка на влияние давления на степень черноты водяного пара Однако данные о значениях поправок Ги имеются лишь для ограниченного диапазона температур и пардиальных давлений; в приближенных расчетах поправку не вводят.

1Х.5.6. Радиаиионныб теплообмен между еазом и оболочкой Радиадионный теплообмен между газом и окружающей гаэ оболочкой может быть представлен как результат многократных поглощений и отражений стенкой потока, излучаемого газом, и многократных поглощений и пропусканий газом потока, излучаемого стенкой. Если при этом температура стенки постоянна по всей поверхности, то лучистый тепловой поток может быть найден по формуле, полученной для расчета теплообмена между твердым телом и окружающей его оболочкой при малом зазоре между ними: Ег + Ест — Егест Значительные осложнения возникают прн необходимости учитывать селективный характер излучения н поглощения га- зов, приводящий к существенной зависимости степени черноты газа от его температуры и поглощательной способности газа от температуры падаю''"'Еа,''"";:. щего на него излучения.

Рассмотрим случай (рис. 1Х.2о), г. огго когда степень черноты стенЕг. го ки принимается не зависящей Ег.ггг Ес сге от температуры и частоты Ест. зе излучения (серел оболочка), а степень черноты газа и его ггз l поглощательная способность / зависят от температуры газа и температуры падающего Рнс. ЕХ.зв. Теплообмеаг миногу на гаэ излучения, но не завигазом н оболочкой сят от частоты (приближение серого газа). Результирующий потбк между газом и оболочкой может быть выражен как разность между потоками эффективного излучения, исходящими от объема и поверхности оболочки (стенки): Ест (1Х.35) а = Е,,ф — Ест.зф. Ег.зф = Ег.соб + Ест.зф (1 — Аг) (1Х-Зб) Аналогично, эффективное излучение стенки складывается из собственного и отраженного излучений: Ест.зф = Ест.соб + Ег.зф (1 — Аст) (1Х.37) Решал систему уравнений (1Х.35) — (1Х.37), получаем АстЕг.соб '4гЕст.соб Ч 1 — (1 — Аст) (1 — Аг) Эффективное излучение газа складывается из собственного из- лучения газа Ег об н пропущенного излучения Ег.ивов, которое выражается как оставшвлся непоглощенной доля эффективного излучения стенки на гаэ: бэб 61т В соответствии со сделаннымн предположениями Аст = сот, Ест.сои = сстаЕТслг, Ег сов = хгаЕТг.

Однако в отличке от Радн- 4 апнонных характеристик стенки степень черноты газа не равна его поглошательной способности, сг ф Аг, так как гиз излучает прн температуре, равной Т„, но поглощает излучение, исходящее от стенки ы характернзующееся температурой Т,т. Тогда хстхгггОТг АгхстггОТст 4 1 — (1 — ест) (1 — Аг) Кот сТ АТ4 4 Считал, что для газа также выполняется закон Кырхгофа, поглощательную способность газа А, определяют по графикам (см. рнс, 1Х.26, 1Х.27) н формуле (1Х.34) как степень черыоты газа прн температуре, равной температуре стенки.

еа йю Рвс. 1Х.зя. Эффеитввваи степень черноты стевин замкнутой полоств: силошиаа лилие — расчет ио формуле (1Х.зз); штрихоааа лилие — расчет ио формуле (1Х.зз) Цг яа 43 йк е Величину ест = ест/(1 — (1 — ест) (1 — Аг)1 (1Х.38) называют "эффектывной степенью черноты" стенкн (оболочкы). Как видно нз выражения (1Х.38) н рыс. 1Х,29, зффектывная степень черноты стенки больше ее действытельной степени черноты.

Это результат многократных повторных поглошеный излучения, отраженного стенкой (нзвестно, что зффектнвная степень черноты замкнутой полости, заполненной прозрачной средой, равна еднннпе) Лля практнческнх расчетов часто принимают е г м (хат + 1)/2. (1Х.39) Как ясно кз рнс. 1Х.29, зта рекоменшшня удовлетворытеяьна лишь в ограниченном днапазоне значений ест н Аг н может прнвестн к существенной ошибке, особенно прп малой степени черноты лучевоспрнннмающей поверхности.

1Х,Б.7. Излучение пламени. Особенности расчета радиационноео теплообмена и камерах слорания Пры сгорании топлива в камерах сгорания (топках) паровых котлов, нагревательных устройств, газовых турбнн, ракетных двигателей ы т.п. образуется факел пламени н поток горячнх продуктов сгораыня, от которых значнтельное количество теплоты передается излучением более холодным стенкам камеры сгорання.

Расчет раднаднонного теплообмена в камерах сгорання представляет весьма балычке трудности, вызванные сложностью физических условнй, в которых протекают пропессы горення н теплообмена. Трудностн этн вызваны, во-первых, сложностью нзлучательных характернстык среды н нх резкой завнснмостью от условнй пропесса; во-вторых, зыачнтельной неравномерностью температурного поля в объеме камеры; в-третьях, большой неопределенностью поглощательных характерыстык н температуры тепловоспрннымаюшнх поверхностей, которые, как правило, бывают покрыты слоем оксндов, пыли, сажи, шлака. В общем случае излучение пламены складывается нз нзлучення газов (пры горении углеводородных топлив — зто главным образом углекислый газ ы водяной пар), нзлучення сажевых частнп, частил горящего топлнва (кокса) н честны золы, которые в наиболее горячих зонах факела расплавляются, а по мере охли ждення потока газов затвердевают.

Относительный вклад каждого нз излучателей в общее излучение завнснт от вида топлнва, способа ы условий его сжигания, положения рассматриваемого объема в камере сгорания. Вид пламени зависит от того, какими излучателями определяются его радиацнонные свойства. Несветяшееся пламя образуется обычно при сжигании газообразного топлива при условии хорошего перемешивания горючего газа и окислителя. Излучение несветящегося пламени, а также потухших продуктов сгорания газа обусловлено почти исключительно радиационными свойствами углекислоты н водяного пара.

Светящееся пламя образуется при сжигании жидких углеводородных топлив (мазута, керосина н др.) беэ их предварительного испарения. В таком пламени наряду с трехатомными газами излучают н сажистые частицы, образующиеся при термическом разложении топлива в начальной стадии горения и постепенно выгорающие к концу факела. Полусветяшееся пламя образуется при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии. В них к излучению трехатомных газов добавляется излучение сравнительно крупных частиц кокса и золы, а иногда и излучение сажи. Пламя (кроме несветящегося) представляет собой излучающую, поглощающую н рассеивающую (мутную) среду.