Теория тепломассообмена Э.Р. Эккерт Р.М. Дрейк под ред. Лыкова (1013696), страница 78
Текст из файла (страница 78)
На рис. 14-13 1Л. 2701 приведен пример результатов измерений поглощательиой способности бензнно-воздушного факела с температурой, ра~вной приблизительно 1760'С. Пламя находилось в трубчатой камере сгорания с диаметром 2 дюйма. Измерение ~проводилось вдоль луча в направлении дна~метра трубки на ~расстоянии 12,7 см от топливного сопла.
Соотношение топливо — воздух было равно пример~но 0,0!. Уровни давления поддерживались следующими: 101,6; 381 и 1 143 см рг. ст. Из ~рисунка видно, что с увеличением давления пламя постепенно становится светящимся и это светящееся излучение все больше заполняет пустые п~ространства между полосами поглощения, появившимися благодаря газовому излучению. Интервал длин волн, моказан~ный на рисунке, является важным для да~иной температуры пламени.
Излучение абсолютно черного тела при этой температуре имеет свой максимум при длине волны 2 мк и падает до 107а от максимума лри 1 и 5 мк. В качестве первого приближения факел можно рассматривать как абсолютно черное тело, а то обстоятельство, что это не совсем соответствует действительности, можно учитывать эм~пирическим коэффициентом р, меньшим единицы.'Таким образом, для 'количества лучистого 511 тепла, передаваемого стенкам топки 1предполагается, что пламя заполняет всю внутреннюю часть стенки), получим следующее уравнение: а= р „.Л(Т,'— Т.'), где в — степень черноты стенок топки (численно равная поглощательной способности); Тг — абсолютная температура факела; Т„ — абсолютная температура стенок; Л вЂ” площадь поверхности стенок.
дг Рис. 14-13. Монохроматическая поглощательная способность светящегося и нссвстящегося пламени бензин — воздух (по Е. С. Миллеру, А. Е. Блейку, Р. М. Шермеру, Г. Д. Кнтрвджу и Е. Х. Фрому). Значение эмпирического коэффициента р зависит главным образом от ха~рактера топлива и размеров топки. Для больших топок р,:равняется почти единице.
В топках паровых котлов с водяным охлаждением лучеиапуска1ние 512 расстояние труб от стенки больше з). Поверхность стенки с трубами охлаждения равна: 1,6 4,5+ 1,6 5,3 = 15,7 м' Отсюда А = 15,7 0,88 = 13,8 м'. Пусть коэффициент о = 0,87. Степень черноты труб определяем из табл. П-10: е = 0,8, так как поверхность труб покрыта окалиной, а зачастую и шлаком. Теперь по уравнению (!4-37) получаем: Я = 0,87 0,8 4,96.10-'13,8 ((1 370+ 273)' — (315+ 273)'] = == 3 420 000 ккал/ч. Рис. 14-15. Паровой котел с поверхностью лучистого на- грева. Удельная теплота испарения при давлении 70 кГ(сма равняется 361,8 ккал(кг.
Отсюда производительность поверхности охлаждения равна: 3 420 000 =9480 к% паРа. Поверхность труб больше поверхности стенки, на которой они расположены, в нг(!з раз. Следовательно, поверхность труб равна я!2 15,7= 514 = 24,65 м' и паропроиаводительность 1 м' поверхности труб равна 9 480 24 55 —— 34,8 кг(ч м'. Квадратный метр поверхности труб поглощает 3 420 000 24 55 = 138800 ккал(м'и лучистого тепла. 14-5. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООНМЕНА ПРИ ТЕПЛОВОМ ИЗЛУЧЕНИИ Часто теплообмен осуществляется одновременно конвекцией и излучением. Если лучистый теплообмен происходит между твердыми телами, то ни один из этих способов теплообмена не препятствует другому. Если теплообмен происходит ~между тазом и твердой стенкой, то лучистый и конвективный способы теплообмена влияютдругна друга, но рассчитать это влияние очень трудно. Обычно количество тепла, передаваемого конвекцией и лучеиспусканием, определяют от!дель!40, а затем суммируют.
Так как конвективный теплообмеи выражают через коэффициент тепло- обмена, то во многих случаях удобно вводить коэффициент теплообмена для лучистого тепла а„определяя его как часпное от деления теплового потока гу на температурный напор: а = 1, — та =и!,оГ! и 7' г — — а, аол! а)(Т„Т,). (14-88) г а В отличие от коэффициента конвективного теплообмена а, весьма сильно зависит от температур Т, и Т,. Значения температурной функции (7„7,) = =7, + 7, 7,.+ 7,7 + Та сведены в табл.
!4-2. В тех случаях, !когда Т! не сильно отличается от Т, температурная функция !(Т„Та) =4Та, где Т= (Т!+Та)/2. Чтобы получить значение коэффициента лучистого теплообмена, эту функцию надо умножить на приведенную степень черноты системы в! ь постоянную Стефана — Больцмана и и угловой коэффициент Р! ь Значение ~рассматриваемого коэффициента сильно возрастает с,повышением температуры. зз* 515 Т', — Т,' Значения 2 10-' для Т, — Т вЂ” 100 — 273 1оа — шз — 200 — 100 о 1ОЗ И70 Зоа 4ао 600 аю ню Зао 90О 1 Ооо ! гсо 1 400 1600 1 ВОО о а,боз890 0,05178 0,2032 0,5190 !.058 1,881 3,048 4,619 6,653 9,212 12.35 16,14 20,63 31, 77 46,57 65,39 аз,го 0,01556 0,08674 0,2763 О,бэм 1,261 2,155 3,4!9 5,100 7,260 9,959 !3 26 ы,го 21,88 зз,ш 4а,'79 68,15 гг',ог ОШО71 0,4659 о,эгю 1.639 2.673 4,0% 5,936 8,285 1!.
Ш 14.72 1З,М 23,87 З1,аб 52,04 72,16 96,91 0,814 1,З60 2,225 З.408 7,ОЗ 9,69 12,72 16,50 20,97 26.21 39,18 Ш',0 78,9 102,5 2,076 З,'07О 4,422 6,19 8.44 11,30 14,62 18,68 23,42 28,96 42,60 60,9 З1,9 1Ов,б 4,2зз 5,77 7,75 1ОДВ 1з727 18,92 21,26 23,33 32.20 46,58 Ш,В 87,5 115,1 7,53 9,73 12.46 15.77 19,71 24,36 29, 76 Зб,гв 51,2 70,3 93,8 122, 4 176 ккал/м'ч град.
516 Пример 14-3. Стенки, топок современных паровых котлов экранируются трубами охлаждения, которые поглощают тепло, излучаемое пламенем, и понижают его температуру. В этих трубах циркулирует кипящая вода парового котла. Возникает интересный вопрос: как разделить общую поверхность нагрева на часть, поглощающую лучистое тепло, и часть, поглощающую конвективное тепло, с тем, чтобы производительность пара на единицу площади поверхности нагрева была максимальной? Для решения этой задачи необходимо определить значение коэффициентов теплообмена для поверхности, поглощающей лучистое тепло, и поверхности, поглощающей конвективное тепло. Допустим, что йиаметр труб котла 50 мм. Пусть трубы, поглощающие конвеквивнае тепло, расположены ло треугольнику со стороной 100 мм (см.
рис. !4-!6). Скорость движения топочных газов при встрече с пучком этих труб 4,5 м(сек. В газах содержится 140м углекислоты и 7% водяного ~пара. Температура яоверлностн труб 315' С. Поглощение тепла трубой радиационной поверхности определяется по формуле (14-37). Площадь А поверхности для однометрового отрезка трубы равняется фз (6 — расстояние между трубами). Коэффициент лучистого теплообмена определяется путем деления количества тепла 4;! на площадь поверхности трубы и разность между температурой пламени Тг,и температурой поверхности трубы Т ре 4777686 Т ! — Т И 4 4 Т вЂ” Т, Предположим, что топка большая, а поэтому р=! и 6 =0,94. Короче говоря, используем те же числовые значения, что и в предыдущем примере: 0,94 0,66 2.4,96 1О-' (1 370+ 273)4 — (315+ 273)4 г и 1 370 — 3!5 Таблица 14-2 коэффициента лучистого теплообмена 1 000 1 200 119, 0 148, 9 1В4 В2,6 1О4,! 130,2 161,2 1Ш,О 127, 8 156,3 197,6 229,0 187,2 723,6 213 266,0 308 356,0 Беря другие значения для отношения 8/47 — расстояния между трубами к диаметру трубы и температуры, пламени Тг, можно найти соответствую!мне значения коэффициента а„пользуясь прафиком рис.
14-16, гуу кк ак мгч гдпд гуг Б жд,и у/Б 7,77д чг Рис. !4-16. Сравнение зависимостей коэффициента лучистого теплообмена и коэффициента коивективного тепдо- обмена как функций температуры. Теперь определим значение коэффициента теплообмена аь для труб, омываемых топочными газами. Значение этого коэффициента складывается из теплообмена, обусловпиваемого излучением и конвекцией газов. Для определения теплового излучения углекислоты и воды в топочных газах необходимо знать эквивалентный радиус Б, слоя газа. Из табл.
!3-4 для ланного расположения труб находим: Е,=З(Б — 41)=3(0,1 — 0,05)=',0,15 м. 617 ш.ш 15,19 18,79 23,04 28,01 33,76 40,35 56,3 ж.'з иа,'о 130,4 шыв 22, ЗВ 26, 96 32,29 38,41 1ОВ'.О !39,4 ж,61 31, 55 37,29 43,75 51,10 оз,а 90,7 1И,З 149,0 38,84 42,93 49,85 57.6 ж,'з 99. ! 126.8 159,7 49,5 ш.в 65,0 84,6 108.5 1Зт,э 171,4 При общем давлении 1 аг парциальное давление углекислоты р=0,14 аг; отсюда р1,,=0021 м аг. Пусть температура газов 980'С. Из графика рис.
13ч18 находим, что степень черноты углекислоты при 980'С равна всат=0,06 н прн 315'С всат=0,55. Степень черноты стенок труб вч=0,8; отсюда по уравнению (14-23) приведенная степень черноты системы при 980'С равна 0,8 0,06=0048 и при 315'С равна 0,8 0055=0044. Теперь по формуле (14-22) определяем тепловой поток, обусловленный:излучением углекислоты: дс, — — 4,96 10 - '0,048(980 + 273)' — 4,96 10 - '0,044 (315 + 273)' = = 5600 ккал1м'.ч. Для водяного пара парцнальное давление р = 0,07 алп следовательно, рЕ, = 0,0105 м аиь Из рис. 13-19 получаем иа малой диаграмме коэффициент редукции ! = 0,67 для р = 0,07 ага и р Е, = = 0,0105 м аль В результате находим, что степень черноты водяного пара при 980' С еы о — — 0,0176 и при 315' С гм о = 0,0481.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
