Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Н. Тимофеева (ВТИ) и А. М. Гурвича (ЦКТИ). Если тем или иным способом определена степень черноты факела а и известны эффективная температура факела Т, радиационная поверхность гр и ее температура Т, то лучеиспускание факела может быть определено по следующей формуле; Яу — — з а Солср ~( У ) — (,) ~ ккгг.г'час. г'36) Эффективная температура факела обычно принимается среднегеометрической из теоретической температуры горения Т, и температуры продуктов горения в конце топки Т„т. е. 7 4/Тг 7-2 о К (Ь) ЛУЧЕИСПУСКАИИЕ ФАКЕЛА 183 й гз1 (37) или гт', Х (38) здесь Я, — количество тепла, переданное в топке путем лучеиспускания; определяется по формуле (35), ккал/час; Рр †радиационн поверхность нагрева, мг; э„ — видимый коэффициент лучеиспускания топки: = 4,9 10-' — ' 440 — 2:а)-~-., эу = гсо+гно опРеделЯетсЯ из фиг. 104 и 105 по ~р; т =~lт, ° т К; 4'г — темпеРатУРа пРодУктов гоРениЯ в конце топки, ОК; г (" гр)г ( Р)2 2 1 г;,„т, Рр .(г= —" — степень экранирования, где Р— сумма ограждающих поверхностей топки, м') 2 — поправочный коэффициент; для слоевых, пыле- угольных и газовых топок 2=0,65, а для мазутных 2=0,7.
Для получения обобщенных расчетных формул правильнее итти по пути анализа уравнений, описывающих топочный процесс, и составления критериального уравнения. Именно по этому пути пошли А. С. Невский [71], А. М. Гурвич 117] и П. К. Конаков 140а]. )З и А. и-.-.. Однако, расчет по формуле (36) является сугубо прибли- женным. Этой формулой не учитьчвается влияние ряда фак- торов, имеющих большое значение в работе топок. Поэтому, как правило, такие расчеты сопоставляются с результатами промышленных испытаний и вводятся поправочные коэффи- циенты.
По методике В. Н. Тимофеева 183] степень черноты факела определяется по излучательной способности углекислоты и водяного пара, содержащихся в продуктах горения. При этом расчетные формулы имеют следующий вид: Р;= — — м (22 г 4 ° т, ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 194 1гэ в УВОрпм а/ ( Т, )э (39) или о,в (40) ПУср где Во — критерий Больтилсана; Во =— 4,9 10 аг' Тэ оо — коэффициент излучения абсолютно черного тела, 4,9 10 з ккал(мэчас К'1 а †эффективн степень черноты топки. Исходя из предположения подобия температурных полей в топках, П.
К. Конаков получил такую обобщенную формулу: 7'э 1 н- К т, 1+ 1,7К (41) где К вЂ” критерий лучистого теплообмена в топке: Со '1100) 'гр В Уср (42) Значение критерия К пропорционально обратному значению критерия Во. Как видно из фиг. 109, уравнением (41) охвачено большинство современных котельных топок для самых различных топлив и способов сжигания. Эмпирические формулы (37), (38), (39), (40) и (41) равноценны; ни одна из них особых преимушеств перел другими не имеет, разве только в части удобства их практического использования в расчетах.
В этом отношении формула (41) удобнее и проп1е; здесь нет необхдимости вычислять степень черноты топки, а максимальная погрешность в определении Тэ составляет всего лишь 8э4. Примвр ло. Определить температуру топочных газов в конце цилиндрического котла диаметром и высотой 1 лс У основания камеры имеется колосниковая решетка, на которой сжигается антрапит так, что тепловыделение в слое распределяется равномерно по всей площади и равно 9а = 7 10э клал/мэчас.
8 камеру котла поступают продукты пол ного сгорания следующего состава: СОэ=14~4, НэО = 4'4 и 1Чэ+Оэ = 82,4. Теоретическая температура горения г, = 1 600'С; температу стенок котла С„ = 200эС; степень черноты раскаленного слоя угля э = 0,95 и стенок котла э,=0,9. Иа основе такого анализа в применении к топкам паровых котлов А. М. Гурвич получил следующую формулу: 195 лучеиспусклние Факела (14 оэ сг вэ 0,4 ((Э э,в 7 Задаваясь предварительно та= 1300'С, определим зффсктивнуяа тем- пературу факела: ту = т' 1 873'1 5131 — 273 = 1 440~С. Эффективная толщина факела согласно табл. 25 0,785 7=3,6 4 у!" — 0,6 м, (р'7)со, = 0,084 м а1н и () 7)и,о = 0,06 м.авм Асс, = О 072' А!то =-0 023; ь =асо,+ам,0=0 091.
Видимый коэффициент излучения топки 1 — 0,83 0,095 ел=- 4,9.10-а.0,095 0 83 (! 2,! Ояб) ) О 033 — О, 13 10 0,785 7'00,!О-10а Значение х = 1 300.3,925 О,о5 0,5с ! 873, — 8 430. 13Я 7, Фнг. 109. у=у(х),гдеу=1-!.К,„+— 71 3,92 > Степень вкранирова ня Ф = = О 83.
4,7! г э т Уя ихг К ш 7)' 'гв 7 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА 196 б ч 0387 Значение К =т -'~~8=1600 — =1639. ' с,т 0.378 Темнераттра в копне топки т,= 2 (1 639 + 273) 4 (1639+ 273) — 273 = 1 335чС. + 8400 Если расчет произвести по методу БКТ)4, получим т. = 1 265'С, а по формуле (41) — тт — 1 380'С. ГЛАВА СЕДЬМАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА 24. СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА 1 Сложный теплообмеи. Разделение обшего процесса распространения тепла на элементарные явления — тепло. проводность, конвенцию и тепйовое излучение — лишь методологический прием. В действительности этв явления протекают одновременно и, конечно, как-то влияют друг на друга. Конвекция, например, всегда сопровождается теплопроводностью и, часто.
лучеиспусканием; теплопроводность в пористых телах — конвекцией и лучеиспусканием в порах, а лучеиспусканне — теплопроводностью и конвекцией.. В практических расчетах разделение таких сложных процессов на элементарные явления на всегда возможно и целесообразно. Обычно результат одновременного действия отдельных элементарных явлений приписывается одному из них, которое н считается главным. Влияние же остальных (второстепенных) явлений сказывается лишь на величине количественной характеристики основного. Так, например, при распространении тепла в пористом теле в качестве основного явления считается теплопроводность, а влияние конвекции и лучеиспускания в порах учитывается соответственным увеличением значения коэффициента теплопроводности. Точно так же при расчете распространения тепла в покоящейся жидкости основным считается явление теплопроводности, а влияние естественной конвекции учитывается особым коэффициентом конвенции'.
Процесс теплообмена между стенкой и омывающим ее газом так же является результатом совместного действия коивекции, теплопроводности и лучеиспускания; это, так называемый сложный теплообмен. Здесь в качестве основного явления обычно принимается конвекция. В этом случае количественной характеристикой т Подробнее см. в 6 13. слОжныЙ теплоовиен и теплопегедвчА 197 47,=Й,(1г — 4 ) ккал144ввас (а) и путем лучеиспускания: д„ = БСБ[( ") †(~ ) ~ ккал1мвчас.
Суммируя выражения (а) и (Ь), имеем: Так как г — 1 =Т,— Т„, то вынося эту разность в уравнении (с) чв скобки, получим: 4,-~. 4-.С,[ О ! е О ~ (А — Г.) (41) или Ов = (ас+а )(8у — 1 )=ав(14 — С 1, где а,— коэффициент тецлоотдачи соприкосновением; а„— коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием; а — обший (стммарный) коэффициент теплоотдачи. l Из уравнений (1) и (д) имеем, что — -в.
тв т4 а„=.с,.10- . -=С„~ —,. (т,+т,т .+ +. Тттв +т ) =БСО.З. (2) Если положить, что, = У, то т,+т 2 В= 0,04 ( —,";,) (е) 4» = 0 04' БСо 4 1О"„) . (2') процесса является коэффициент теплоотдачи а„ = а, +а„, где а, учитывает действие конвекции и теплопроводности, а а„— лейстние лучеиспускания. Если 1г — температчра газа и его оболочки и 1 — температура тОплозоспринимающей стенки, то каждой единице поверхности этой стенки передается тепло путем соприкосновения: (г.т тсплопавадАчА 3начение 6 зависит только от температур 1у и 1 (см.
фиг. 110, а также в приложении табл. 45); значение же а выбирается согласно данным, приведенным в гл. 6. Если же юаа ао д го а,г 0 ам ааа лв чав яю бал 7ю аОО ядд м00 Фг ОС ф -. па в=у р,,~,1. температура оболочки У,д не равна температуре газа 1г, то З определяется по 1 и 1,о, а в формулу (2) вносится поправка ф ~; гоа — ~,„ (1) Фс —, г тогда а = С~0 ° Ф,. (2") Если стенка омывается капельной жидкостью, например водой, тогда а,=-О и а,=а,.
В дальнейшем, если нет особой оговорки, буквой а мы будем обозначать общий или суммарный коэффициент теплоотдаче, учитывающий и конвекцию и лучеиспускание. Иногда, наоборот, расчетное уравнение удобнее представить в форме, аналогичной той, которая применяется для расчета лучистого теплообмена, а именно: ~у,=(а,+а)С, [( ') — (Я) ~ якаем'час. (3) а 251 ' ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЭ ПЛОСКУЮ СТЕНКУ 199 Здесь наличие конвективного теплообмена учитывается увеличением приведенной степени черноты системы за счет е, равного: %(гг гю) а е 2.
Теплопередача. При рассмотрении переноса тепла от одной (горячей) жидкости к другой (холодной) через твердую стенку задача еще более усложняется. Здесь процесс определяется совокупным действием рассмотренных элементарных явлений. В качестве примера возьмем паровой котел. От горячих газов к внешней поверхности кипятильных труб перенос тепла осуществляется теплопроводнос1ью, конвекцией и лучеиспусканием; через стенку трубы — только теплопроводностью; от внутренней поверхности к воде — только конвекцией (соприкосновением).
Отсюда следует, что теплопроводность, конвекция и тепловое излучение являются лишь частными условиямн общего процесса теплопередачи. Количественной характеристикой этого процесса является коэффициент теплопередачи к, численная величина которого выражает количество тепла, переданного в час от одной жидкости к другой при разности температур между ними в один градус.
При этом расчетная формула имеет следующий вид: а=А(гп1 — гг2) икал,час. (е) В зависимости от принятой схемы расчета значение Я может быть отнесено к единице длины, единице поверхности или единице объема. При этом его размерность, а также размерность коэффициента теплопередачи соответственно изменяются. Физическая сторона сложного процесса теплопередачи всецеио определяется явлениями теплопроводности, конвекции и теплового излучения, а коэффициент теплопередачи является лишь количественной, чисто расчетной характеристикой процесса. Взаимная связь между коэффициентами теплопередачи, с одной стороны, и коэффициентами теплопроводнбсти и теплоотдачи, с другой, зависит от формы стенки, отделяющей горячую жидкость от холодной; эта связь рассматривается ниже.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
