Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 42
Текст из файла (страница 42)
На основании свойства катянутых нитей у„= Н„~Е, = Р'1+ (Ь/!)в — Ь/1, (!5.7Н4) где Ь, ! — высота и ширина прямоугольного сечения печи. На основании свойства взаимности фээрэ =фэгрь где Еэе— м Еэ=1.1 (расчет ведется на единичное значение длины печи). Следовательно, ф„=фэь Иэ свойства эамыкаемости следует: Чэм=1 грэе' фэз=1 фэь На основании свойства взаимности: фээ = фэзрэ/Еэ=фэв!/25; фю=фэзрэ/Еэ = фээ!/25.
На основании свойства эамыкаемости фзз=! — эрээ — фвэ. Получение расчетных выражений для Фы в случае л)3 связано с громоздкими операциями, н здесь лучше обращаться к численным методам расчета как Фы, так и фы, определяющих конфигурацию излучающей системы. !8* 275 [ ю+ вз+ ззР з1 азэ("ю+ азз) + авзавэ оо после чего по формуле (15.7.9) определим температуру футеровки Т,. Величины а;э в (15.7.9) и(15.7.1!): аээ=азаэфээ, 'аы=аэФээ; аээ=аэфээз аы=аэфээ, (!57.12) где Ф,э находим при помощи соотношений (!5.7.3) с учетом невогнутости эон 1 и 3 (грц=эрээ— = 9): 16.8.
ДВИСТВИВ ЭКРАНОВ С помощью экранов можно существенно уменьшить теплоотдачу и улучшить защиту тел от теплового излучения. При расчетах теплообмена экран обычно рассматривается как непрозрачная пластина, обладающая бесконечно высокой теплопроводностью. Использование экранов значительно снижает приведенную степень черноты системы. Например, если между двумя безгра. яичными параллельными поверхностями со степенью черноты е~ и ез размес.
тить л экранов, то приведевная степень черноты зз з'. з. ззкр Ззкр где з,.зк, зг — степень чеРноты повеРхностей з-го экРана. ПРи Равенстве степеней черноты ограничивающих поверхностей и экранов (! 5.8.2) е„=((л+1) (2/е — 1) ) — '. Из этой формулы видно, что при постановке л экранов теплообмеп излучением может быть уменыпен в (л+!) раз.
Чем выше отражательная способность экрана (ииже его степень черноты), тем сильнее снижается теплообмен излучением при экранировании. Пример. Определить число экранов, необходимое для того, чтобы поддерживать температуру внешней поверхности полой обмуровки печи не выше Тз=373 К, если температура внутренней поверхности полой обмуровки Т,= =-773 К, Теплопроводностью и конвекцней внутри полости, заполненной экранами, пренебречь. Степень черноты экранов и стенок принять одинаковыми (е=0,87). Теплоотдача во внешнюю среду происходит свободной конвекцией и излучением.
Температура окружающего воздуха Тз=298 К, степень черноты окружающего пространства ее=1. Плотность теплового потока к внешней поверхности обмуровки равна плотности тепловых потеРь обмУРовки в окРУжающУю сРедУ 4 кз.з=сззззз. По условиям задачи плотность теплового потока к внешней поверхности обмуровки со стороны ее внутренней поверхности 5 67,10 — з,б 87 14811,4 чзкут = заказ( Тзз Тзз) = ' (773з 374з) к Р ' (л + 1)(2 — 0,87) л + ! Тепловые потери обмуровки в окружающую среду складываются из тепло- отдачи свободной конвекцией цк=а(Тз — Тз) и излучением Е=озв(Тзз — Тз'). При ЬТ=373 — 298=75 К для воздуха произведение РгОг>2 10', и следовательно, коэффициент теплоотдачи свободной конвекцией по формуле (10.13) равен а=АзЬТыз, где Аз —— 0,!ЗЛ(ф3/ча)з/з, 6 — коэффициент объемного термического расширения среды, 1/К: ч — кинематическаи вязкость, м'/с; а — коэффициент температуропроводности, м'/с, Для рассматриваемых условий и <Т>=(373+298)/2=335 К коэффициент А,=!,34.
Следовательно, 4.=1,34(373 — 298)згз=425,06 Вт/мз. Тепловые потери излучением Е= 276 =5,67 10-'0,87(37344 — 298') =562,4 Вт/м', Таким образом, тепловые потери обмуровки в окружающую среду Пэннш=425,06+562,4=987,46 Вт/м'. По условию зэ.энэ=ра.н запишем 14811,4/(л+1)=987,46, откуда необходимое количество экранов и=14811,4/987,46 — 1 = 14. 15.9. УРАВНЕНИЕ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ В ИЗЛУЧАЮЩЕЙ И ОСЛАБЛЯЮЩЕЙ СРЕ)ТЕ Уравнение переноса энергии описывает изменение интенсивности излучекия 1 в направлении его распространения (!5.1, 15.141: с(/э(М о) = — й (М)/„(/с1, 3)+ Ч (М, 3), (15,9,Ц где Чэффь(М 3) =Ась(М) +Чрассх(М 3) (15.9.2) — плотность потока эффективного объемного излучения в элементарном объеме с точкой М в направлении луча 3, а Чрассх(М л) = рх (М) ) /х(М, о')ул(М, о', о)с(ыз (15.9.3) я=4 — плотность потока объемного излучения, рассеянного в направлении 3, где ух(М, 5', 5) — индикатриса рассеяния излучения элементарным объемом с точкой М из направления 3' в направлении 3.
Индикатриса рассеяния удовлетворяет условию нормировки следующего вида: 1 — 7„(М, 5, З)80з=1. (15.9.4) 4п я=а Если среда обладает изотропным рассеянием, то уь —— 1 и Яэффл(14' 3) пэффэ (11) Чс х ( 11) + Бх (34)Чпалл (М) (15 9'5) где Ось и Чп,дх — плотности собственного и падающего объемных излучений, причем палл(М) ) /л(Л4 ~)ь~з. (15.9.6) П 4а Лла Условий, когда эффективным излУчением сРеды Ч,ффх можно пРенебречь, уравнение (15,9.1) принимает вид закона Бугера (15.1.16).
Прн йхн= =сопз1 получаем 7=/ е (15.9.7) где /, — интенсивность излучения, падающего на слой среды толщиной Е; (15.9.8) — спектральная пропускательная способность слоя однородной ослабляющей (поглощающей и рассеивающей) среды. Если среда (газ) не рассеивает, то !)ь — О, и пропускательная способность поглощающей среды запишется в виде с(х~е-нас. 277 Соотношение ал-"'1 — е л =1 — Ыл (!5.9.9) представляет собой спектральную поглошательную способность слоя 1,. При выполнении закона Кирхгофа (15.9. 10) ах=ел, где ел имеет смысл спектральной степени червоты слоя среды толщиной Е.
Для поглощающей и рассеивающей среды аналогично: а =1 — е — злН л— (15.9.11) (15.9.12) для интегрального по спектру излучения а=1 — е-'К где й — эффективный коэффициент ослабления излучения данной средой. Формулы (15.9,9) и (15.9.10) могут быть использованы для расчета поглощательной способности различных полупрозрачных сред (газы, светящиеся пламена, запыленные потоки). 15.10. ИЗЛУЧЕНИЕ ГАЗОВ з,з=1(Т; р,1.). (1 5.10.1) 278 Газовое излучение рассматривается как излучение несветяшегося пламени, основными особенностями которого являются селективность — излучение только в тех областЯх спектРа, в котоРых алчьб,— и сРавнительво высокаЯ прозрачность. Двухатомные газы обладают настолько низкими значениями ал, что практически прозрачны для теплового излучения.
Существенно менее прозрачны трехатомные газы. В топочной технике преимуществекно имеет место излучение таких трех- атомных газов, как углекислый газ и водяной пар. Они излучают и поглощают энергию в отдельных колебательно-вращательных полосах ИК-области спектра. Наиболее важную роль в тепловом излучении СОз играет полоса 4,3 мкм, з в излучении паров НзΠ— полосы 6,3 и 2,7 мкм.
Данные (15.20) о спектральной степени черноты СОз и паров Н,О при различных толщинах слоя Ь (рис. 15.8) показывают, что излучение СОз сосредоточено в двух относительно узких полосах спектра; полосы поглощения паров Н,О заполняют широкую область ИК-спектра. Перекрытие полос поглощения СОз и НзО, при котором излучение одного газа частично поглощается другим, снижает степень черноты реальной смеси газов. Ослабление излучения газовой средой зависит от рода газа, температуры и числа молекул, анходяшпхся на пути излучения. Согласно закону Бэра, поглощательная способность газа в равной мере зависит от давления р и толщины Е. Поэтому вместо параметров р н Е в рассмотрение обычно вводится нх произведение рЕ, характеризующее эффективность ослабления, Таким образом, интегральная поглощательная способность или степень черноты 1-го газа и п,в п,г та 6 в т л гп г 1в гв га бг Л,мнм а,в а,в п,4 а,г а юаа гааа ваап аппп зппп впав хааа о 7 и,см-! Рис.
15.8. Спектральные степени черноты излучения СОг и паров Н»О при Р=О,!01 МПа и Т=!200 К Опыт показывает, что правило Бэра удовлетворительно соблюдается для углекислого газа. Излучение водяных паров при постоянном значении рн,о1. оказывается также зависящим от рн,о, что свидетельствует об отклонении от занона Бара. Влияние температуры на степень черноты газов различно: е(о 1!»( Т' зн о 11Т. Собственное излучение»)ссо, Т ', а я,н о Т за На рис.
15.9 и 15.10 приведены зависимости степеней черноты углекислого газа и водяного пара от Т и р»5 [!5.21, 15.221. В значение степени черноты, полученное из рнс. 15.10, необходимо ввести попРавкУ !) на паРциальное давление Рн,о, Она Учитывает отклонение от закона Бара и определяется для заданных значений Рн,ой в зависимости от р но по рис.
15.1!. Степень черноты водяных паров вычисляется каи произведение Вен,о. 1 оправка !» дана для случая, когда общее давление р=0,101 МПа. Суммарная степень черноты смеси газов СО, н Н»О определяется из вы. ражения 'со,+ н.о = 'со, + р 'н,о (15.!0.2) где Ле — поправка, учитывающая перекрытие полос поглощения; приближенно можно принять: со, н,о. (15.10.3) Для расчета степеви черноты дымовых газов, получаемых при сжигании энергетических топлив в воздухе, можно воспользоваться приближенной методикой !!5.51. Поглощательная способность газа а„зависит от собственной температуры Т„ в температуры источника излучения — стенки камеры сгорания Т„.
В основу 279 осез а,а о,г п,т о,оо п,ао о,от а,по п,па П,П4 п,пу п,ог о,ог о,опо о,оао о,пот о,ппо о,ооа о,ппр п,оах гаа лаа таа тапа угаа тпа утоп гоао ггаа гпаа т,н Рис. 15тй Степень черноты углекислого газа при полном давлении 0,101 МПа методики определения интегральной поглощательной способности СО, и НтО полозкены приведенные выше номограммы для интегральной степени черноты. Так, асс и ан,с определяются следующим образом: СГЗ(,тг, т„) = ~ — 1 еСО.1РСО,Е, т,„); 1 ст 115.10.4) аН,О(тг, Т„) = ~ — ) еН,ОГРН,О5, Т„'), Т ст РСО, =РСО, т Утг' РН,О=РН,ОТ Гг' 115.10.5) где 280 внаю оу 'п,п о,4 о,в о,г Пу о,оа о'пв о,ап п,оп о,а4 п,оп п,пг па( о,опв о пов П,аау гпа пао уха уоао тгап тапа пап гпап ггао гамаа т,н Рнс.
15.10. Степень черноты водяного пара прн полном давлении О,!01 МПа асс, чы о — приведенные степени черноты, определяемые по номограммам прн Рсс 5, ры о Е и температуре 7,„. Суммарная поглощательная способность смеси гачов (15.10.6) псо.тн.о = псом+он,о где Ла — поправка на перекрытие полос поглощения СОв н Н О, определяемая так же, как н для тсо + ы о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
