Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 55
Текст из файла (страница 55)
2 Оснозы телла- и массоабмсна Угу уу дс дз2 Етс/Аю — Е~с/Атс '(2.219) откуда (2.223) моиахраматнческих эффективных потоков излучения газа и стенки можно записать такие соотношения: Е,б„„= Е„„+ (1 — А ) Е, „; (2.217» Е, = Е„+(1 — А„) Е„. (2.213) Эффективный поток излучения, выходящий нз газового объема, состоит нз собственного излучения газового объема и той доли эффективного излучения стенок, каторая проходит газовый объем без иоглошеиия. Эффективный поток излучения стенки складывается из собственного излучения стенки и тай доли эффективного излучения газового обыма, которая отражается от стенка. Решая эти уравнения относительно эффективных потоков и находя их разность, получаем: Спектральные коэффициенты излучения н поглощения степки и газа равны между собой: асс = Ачс1 'етг = Атс, (2.226) Е„(Т,) — Е „(Т,) чт = 1/е „+1/е„— 1 Выражение (2.221) в числителе содержит разность спектральных потоков излучения абсолютно черного тела при температурах газа Т, и стенки Т, соответственно.
Результирующий поток теплоты можно найти после интегрирования (2.221) по всему спектру частот (длин воли). При этом нужно учитывать, что стенка — серая, т.е. е„= в, а спектральный коэффициент излучения е, (согласно основному допущению метода) постоянен внутри полос излучении н равен нулю вие полос. Таким образом, интегрирование по спектру сводится к суммированию по полосам излучения газа, в пределах кбторых знаменатель правой части формулы (2.221) постоянен.
В результате Ео„ (Т ) можно представить как с Еоч 7г ае (Тс) Т„, где ес (Т,) — коэффициент теплового излучения газового' обыма при бесконечной длине луча (1-+са), когда каждая полоса газа излучает как черное тело, а Ео (Т,) можно записать в виде авс (Т,)Т, при условии, что положение активных полос в спектре (диапазон частот) ие зависит от температуры. Величина е, (Тс) — коэффициент теплового излуче- О ддд бПП /гдд тЮ Рис. 2.37. Коэффициент теплового излучения ес для газовых слоев НзО н СОс бесконечной протяженности, иия газового объема при температуре Т, и длине луча 1-айса, Наконец, из определения коэффициента теплового излучения газового объема при сделанном основном допушеияп е„„= А„, = сопз1 следует, что е = в„(Т')/е (Т ), (2.222) где е (Тс) — действительный коэффициент теплового излучения газового объема.
В итоге расчетное соотношение принимает вид: е„(Т„) Т~~ — е„(Т ) Т~~ Е=ар е, (Т) ес ег (Тг) Для расчетов по втой формуле необходимо знать коэффициенты теплового излучения газового объема при бесконечной длине луча. Однако такие данные пока неизвестны. Поэтому для оценки е, можно проэкстраполировать существующие опытные данные по е,. Для ЙзО и СОз значения ес (Т) приведены на рис. 2.37; значения ес см. табл.
2.31, е,(Т,) — рис. 2.33— 2.35. Расчетные соотношения (2.215), (2.216) н (2.223) относятся к случаю, когда температура газового объема неизменна о окружающие газовый объем поверхности имеют фнксированную температуру. На практике реальные ситуации обычно более сложные: излучающий объем обладает неравномерным полем температур; граничные поверхности имеют разные оптические характеристики н разные температуры, Приближенные расчеты таких сложных систем достаточно эффективно можно проводить на основе зонального метода (93]. Неизотермический газ и замыкающая его оболочка подразделяются на конечное число объемов и плошадей, которые могут считаться близкими к изотермическим.
Затем для каждой такой ячейки записываются уравнения баланса энергии. Получается 205 Общие сведения $2.!5 алгебраическая система уравнений относительно неизвестных лучистых тепловых потоков (нли в иной постановке — температур иа одних поверхностях, потоков теплатм иа других). Практическая реализация метода зависит от коикретнага вида решаемой задачи. Успех применения метода зависит также ат того, насколько «удачно» произведено выделение расчетных зон. С увеличением числа расчетных заи павышаетси точность вычислений (при бесконечно балыпом их числе получается точная постановка задачи), а также увеличивается объем вычислений.
Реализация метода требует привлечения современной вычислительной техники. Если излучающий газовый объем содержит твердые частицы (золы, угля и т.д.), то в объеме газа происходит явление рассеяния нзлучеиия. При этом одновременно спектр излучения газа с частицами становится более заполненным, так чта с известным приближением такой запыленный поток часто можно трактовать как «серый газ».
Если при этом средняя эффективная длина пробега фотонов Па (где а — коэффициент поглощения «серого» газа, или точнее, коэффициент ослабления а рассеивающей среде) оказывается малой по сравнению с характерными размерамн излучающего газового объема, то для описания переноса излучения оправдана приблнжение диффузии иглу«гаиш !ба, Тч Цлуч = — ЧТ. (2,224) а Уравнение (2.224) аналогично закону Фурье (2.2) с зависящим от температуры коэффициентом теплапроводиости. Эта приближение существенно обле\чает вычисления и иа его основе получены решения ряда простых задач с простой геометрией границ 93, 97). а практике перенос лучистой энергии между газом и поверхностью твердого тела всегда сопровождается также теплоправод.
пастью и конвекцией. Такой суммарный процесс называется сложным ггялаобмвном. Действительный механизм одновременна протекающих процессов излучения, коивекцин и теплопроводности таков, что строгое рассмотрение должно учитывать одновременно все виды переноса энергии в каждом элементарном объеме системы. В настоящее время ведутся интенсивные расчетно-теоретические исследования таких процессов. Однако ввиду крайней сложности явления существующие решения получены длн систем с простой геометрией границ (плоский слой газа и т. д.) н при целом ряде допущений в отношении оптических и теплофизнческих свойств газа и стенок.
Эти исследования имеют болыпое познавательное значение, но лля решения сложных инженерных задач они пока малопригодны. При расчете ответственных конструкций следует ориентироваться на экспериментальные данные. Оценочные расчеты можно проводить иа основе принципа аддитивности: отдельно и независимо вычислять тепловые потоки вследствие излучения и теплопроводиасти или каивективного теплообмеиа и результаты суммировать. Это означает, чта в коидуктивио-радиационных задачах ч = улуч+ рх , '(2.2»25) в каивективио-радиационных задачах у = у . + д „ (2 225) где Чл „ ЧХ . Чи — плотности теплового потока за счет лучистого теплообмеиа, теплоправодиости и каивективиого теплаобмеиа соответственно.
Соотношения (2.225) й (2.22б) удовлетворяют условиям предельного перехода (когда один из видов переноса доминирует, соотношения дают правильный результат), ио в области соизмеряемого влияния разных механизмов переноса теплоты оказываются приближенными. СОВМЕСТНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА 2,15. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ 2.1г.1, кллссиннклцня пРОцессОВ Процессы тепло- и массоабмеиа могут протекать в адиокомпаиентиай среде (например, испарение капель жидкости, транспортируемых потоком перегретого пара), а также в бинарных и миогакомпоиентиых смесях (например, конденсация пара нз парогазовой смеси). Перенос вещества через граничную поверхность обычно обусловлен фазовыми переходами. Ои может быть организован и специально, например, в форме вдува (от.
соса) вещества через поверхность мелкопористай стенки. Движение жидкой иля газообразной фазы относительно граничной поверхности может происходить под действием внешних источников движении (вынужденная коивекция! или за счет различия плотности в разных областях среды, находящейся в поле гравитационных сил (свободная или естественная коивекция).
Тепло- и массообмеииые процессы могут протекать в условиях химической пассивности компонентов, а также при наличии химических реакций как а объеме смеси (гомагеииые реакции), так и иа межфазиой границе (гетерогенные реакции) (99, 100). Ниже излагаются основные понятия, соотношения н методы решения прикладных задач тепло- и массообмеиа в адиокампонеитиых и бинарных системах при отсутствии химических реакций.
Такие условия характерны для многих теплотехнических при-, ложений. Равд. 2 206 Основа тепло- и массообмеяа 2ЛЗ.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯ Рассматривается бинарная смесь с плотностью р, состоящая из компонентов а и Ь. В единице ооъема смеси содержится масса Р, компонента а и масса Рь компонента Ь. Величины Р«н Рь называются плотностями компонентов и удовлетворяют соотношению Ра+ Рв = Р (2 227) Безразмерные величины с, = Р,/Р и сь = рь/р представляют собой массовые концентрации компонентов а и Ь смеси; в силу соотношения (2.227) с д- сь = 1. (2.228) В приложениях иногда применяют в качестве единиц измерения массы компонентов а и Ь не килограммы, а киломоли: 1 кмоль компонента а в М раз больше килограмма, 1 кмоль компонента Ь в Мь раз больше килограмма. Здесь М и Мь— ь>олекулярные лзассы (веса) компонентов Имеются простые алгебраические соотношения, связывающие адни и те же величины прн использовании разных единиц массы (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
