Механика жидкости и газа. Избранное. Под общей ред. А.Н. Крайко. (1014100), страница 39

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 39)

На рис. 1 представлены интенсивность излечения абсолютно черного тела [1) и коэффициенты поглощения компонент продуктов сгорания природного газа в воздухе, обогащенном Оз до 40 % с 2 % калия [Т = 2600К, давление р = 1атм): 2 .- НзО, 3-- СОз [4.3мкм), 4 — СОз [2.7мкм), 5 —.

СОз [15мкм), 6 свободно-свободные переходы в полях нейтралов, 7 — МО, 8 СО, 9 ОН, 10 дублет калия. Из рис. 1 следует, что нет необходимости учитывать вклад в излучение всех молекулярных компонент. Рациационные потоки опре- где Игом в --- эквивалентнаЯ шиРина вРащательной линии, а сУмма берется по всем излучающим молекулярным компонентам. Согласно [5), для диспсрсионной формы линии имеем й г Неоднородность излучающего объема учитывалась в соответствии с методом Куртиса Годсона. В этом случае вводятся усредненные вдоль луча значения коэффициента поглощения [й ) и параметра тонкой структуры [а„,) [5, 6[ 2.2) Тенлооблен е канале МГВ-еенератора большой ношноетн 225 10' 10 10' 10' 10' 10 15 10 Рис. 1 деляются главным образом излучением паров воды и двумя полосами углекислого газа, расположенными в областях 4.3 и 2.7 мкм.

Излучение двухатомных молекул СО, 1ь10 и ОН, а также тормозное излучение электронов в полях нейтральных частиц не существенны. 3. Излучение иоиизирующейся присадки. Кроме традиционно рассматриваемого в продуктах сгорания излучения молекулярных компонент в канале МГЛ-генератора необходимо учитывать также излучение присадки, которое определяется главным образом резонансными линиями калия. Резонансные линии калия лежат в видимой области спектра и практически не перекрываются с инфракрасными молекулярными полосами.

Впервые вопрос о влиянии излучения калия на суммарные радиационные потери в канале МГЛ-генератора рассматривался в [7, 8]. В экспериментальной работе [7] на лабораторной установке проведены измерения радиационных потоков продуктов сгорания с калиовой присадкой. Эти измерения показали, что вклад излучения присадки значителен. В [8] предпринята попытка расчета излучения калия при следующих допущениях; а) резонансные линии имеют дисперсную форму, б) полуширины линий определяются главным образом процессами резонансного уширения.

Однако из появившейся впоследствии работы [9] можно сделать вывод, что приведенная в [8] интерпретация экспериментальных результатов [7] ошибочна (см, ниже). Поэтому возможность экстраполяции этих результатов в область параметров промышленных МГЛ-установок сомнительна. Имеющиеся в литературе теоретические и экспериментальные данные по уширению спектральных линий калия [10, 11] описывают в основном их форму вблизи середины линии, где она, по-видимому, [Гл. 226 Г.А. Любимое и др. является дисперсионной. Однако в условиях канала МГП-генератора (давление продуктов сгорания несколько атмосфер и большие линейные размеры излучающего объема) даже далекие крылья спектральных линий дак>т весомый вклад в радиационные потоки.

Коэффициент поглощения в далеких крыльях дублета калия измерен в [9] при атмосферном давлении продуктов сгорания. При этом установлена линейная зависимость коэффициента поглощения в крыле от концентрации калия, что исключает возможность резонансного уширения [предположение б) в [8]). Наблюдаемая сравнительно слабая (недисперсионная) частотная зависимость коэффициента поглощения в крыльях не описывается известными теориями уширения линий [9]. Можно привести лишь некоторые качественные соображения, объясняющие медленное изменение коэффициента поглощения в далеких крыльях.

Эти соображения основываются на результатах спектральных исследований излучения смесей щелочных металлов и инертных газов [12-14]. Вблизи середины линий интенсивность излучения была высокой и достаточно быстро спадала по мере удаления от середины. Однако на больших расстояниях от середины линии имеются спектральные области с практически постоянной интенсивностью. Величина частотного интервала, в котором интенсивность постоянна, зависит от вида взаимодействующих частиц и достигаот в красном крыле 4000 см з.

Авторы рассматриваемых работ пришли к заключению, что такой вид спектров испускания обязан возникновению квазисвязанных состояний, образованных возбужденными атомами щелочных металлов и атомами уширяющего газа. В экспериментах [12, 15] обнаружено, что интенсивность излучения в крыльях пропорциональна концентрации уширяющего газа.

По-видимому, аналогичные процессы формируют далекие крылья дублета калия в продуктах сгорания. В отличие от [12 14] картина усложняется наличием разных типов молекул уширяющего газа и более высокими температурами. При проведении настоящих расчетов принято, как это следует из экспериментальных работ [9, 12-15], что коэффициент поглощения в крыльях линий калия пропорционален произведению концентрации калия пк и суммарной концентрации продуктов сгорания. Кроме того, полагалось, что красное крыло простирается на частотный интервал 4000 ем ' от центра линии.

Сечение поглощения калия, соответствующее атмосферному давлени1о уширенных газов, представлено на рис. 2: сплошные линии эксперимент [9], штриховые -- принятая экстраполяция. Коэффициент поглощения дублета калия остается неизвестным в интервале 100 см з вблизи центров линий. При проведении расчетов полагалось.,что спектральные потоки в этом интервале соответствуют излучению абсолютно черного тела. Вносимая погрешность мала, поскольку рассматриваемый интервал достаточно узок и, кроме того, условия в канале генератора таковы,что газ оптически плотен в существенно большей спектральной области в окрестности дублета. 2.2) Тенлообмен е канале Лги-еенератора большой ношноетн 227 10 64 2 10 64 2 2 4610 2 4610 Рис.

2 Необходимая при вычислении радиационных потоков атомов калия величина пропускания находилась непосредственно по выражению [2.3). В небольшой спектральной области вблизи 9000 см ' спектры калия и воды перекрываются. В этом случае общее пропускание определялось как произведение пропусканий соответствующих компонент. В спектральной области 8000.9000сж з имеется несколько наиболее сильных линий, соответствующих переходам между возбужденными состояниями калия. Экспериментальные данные по уширению этих спектральных линий в продуктах сгорания отсутствуют. Их вклад в радиационный поток в случае дисперсионной формы линии незначителен. Не исключено, однако, что характер уширения этих линий такой же, как и у резонансного дублета.

В этом случае их вклад в суммарный поток возрастает. Переходы с возбужденных состояний калия не учитываются, поскольку их вклад в суммарный поток, повидимому, находится в пределах погрешности расчета вклада резонансного дублета. Наличие этих линий можно считать дополнительным основанием для принятой экстраполяции данных [9) в красном крыле до ьо = 9000 еж ~. Вклады прочих линий калия, по-видимому, не столь существенны и не учитываются. Химическое взаимодействие калия с продуктами сгорания приводит к появлению различных молекул [КОН, КО, КНз, Кз и др.). Вследствие этого возникает вопрос о вкладе излучения этих компонент в суммарный радиационный поток.

Из указанных соединений доля гидроокиси калия наибольшая и может достигать 1% [16). Хотя колебательно-вращательные спектры КОН в микроволновой области наблюдались [17), учесть излучение КОН не представляется возможным., поскольку отсутствует информация о сечениях поглощения. Однако так как в микроволновой области спектра излучение НзО в областях полос КОН практически черное,то пренебрежение излучением КОН в этой области не повлияет на точность определения радиационных потоков. Излучение гидроокиси калия в видимой и ультрафиолетовой областях спектра и рассматриваемых условиях не наблюдалось [9, 18).

Концентрация [Гл. 228 Г.А. Л(ебилое и др. остальных соединений калия очень мала. Таким образом, в целом излучением соединений можно пренебречь, а из множества линий калия ограничиться лишь учетом резонансного дублета. 4. Учет отражения и поглощении излучения стопками канала. Выражения [2.1)-.[2.3) позволяют определить значения спектральных радиационных потоков, падающих на внутреннюю поверхность канала из газового объема. Нля расчета радиационного теплообмена необходимо учесть, что падающее излучение отражается и поглощается поверхностью. Кроме того, сама поверхность, нагретая до значительной температуры, может излучать.

Оптические свойства поверхности определяются спектральными коэффициентами отражения. Необходимая информация об угловой зависимости коэффициентов отражения материалов, используемых в качестве стенок канала, отсутствует. Эксперименты, проведенные в лабораторных условиях при комнатной температуре, показали. что двуокись циркония,используемая в качестве материала стенок канала, имеет практически диффузное отражение [19). Кроме того, огневая поверхность канала подвержена в процессе работы МГН-генератора значительной эрозии.

Это приводит к увеличению ее диффузных свойств, а также, возможно, к повышению степени черноты поверхности. В связи с этим предполагалось, что отражение от стенок носит диффузный характер с не зависящим от углов падения значением коэффициента отражения т, . Соответственно спектральная степень черноты поверхности равна е„= 1 — т,„..

Характеристики

Список файлов книги