Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1074340), страница 74
Текст из файла (страница 74)
В общем случае излучение пламены складывается нз нзлучення газов (пры горении углеводородных топлив — зто главным образом углекислый газ ы водяной пар), нзлучення сажевых частнп, частил горящего топлнва (кокса) н честны золы, которые в наиболее горячих зонах факела расплавляются, а по мере охли ждення потока газов затвердевают. Относительный вклад каждого нз излучателей в общее излучение завнснт от вида топлнва, способа ы условий его сжигания, положения рассматриваемого объема в камере сгорания. Вид пламени зависит от того, какими излучателями определяются его радиацнонные свойства.
Несветяшееся пламя образуется обычно при сжигании газообразного топлива при условии хорошего перемешивания горючего газа и окислителя. Излучение несветящегося пламени, а также потухших продуктов сгорания газа обусловлено почти исключительно радиационными свойствами углекислоты н водяного пара. Светящееся пламя образуется при сжигании жидких углеводородных топлив (мазута, керосина н др.) беэ их предварительного испарения. В таком пламени наряду с трехатомными газами излучают н сажистые частицы, образующиеся при термическом разложении топлива в начальной стадии горения и постепенно выгорающие к концу факела.
Полусветяшееся пламя образуется при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии. В них к излучению трехатомных газов добавляется излучение сравнительно крупных частиц кокса и золы, а иногда и излучение сажи. Пламя (кроме несветящегося) представляет собой излучающую, поглощающую н рассеивающую (мутную) среду. Радиационные характеристики такой среды сильно зависят от концентрации, размеров и физических свойств твердых частиц, а также от температуры. В практике инженерных расчетов радиационного теплообмена в камерах сгорания получили распространение два основных метода. Первый основан на применении уравнения Стефана— Больцмана, второй — на применении теории подобия к обобщению опытных данных по теплообмену и на использовании полу- эмпирических уравнений подобия. Наиболее подробно оба метода были разработаны применительно к расчету тенлообмена в топках паровых котлов Щ.
Лля случая, когда все стенки камеры сгорания закрыты тепловоспринимающей поверхностью с одинаковой температурой Т, „воспринятая лучистая теплота Ял может быть зллисана так: 9л = ел<~0(2ф — Тд) Р Эффективную степень черноты системы факел — тепловосприни- маюшея поверхность а„можно выразить через эффективную по- глошательную способность поверхностей ал и поглощательную способность факела аф. 1/аф + 1/ал — 1 аф + ал — афал В свою очередь, величина аф зависит от эффективной длины лу- ча 1,ф, общего давления р газов в камере сгорания и коэффици- ента ослабления лучей топочной средой К: аф сс 1 — е У~у1оз (1Х.40) При несветяшемся пламени коэффициент ослабления можно рассчитать по формуле где рл - -рг„— суммарное парпиальное давление трехатомных газов; Тл — температура газов в конце топки; гл = тНзО + гс.о суммарная объемная доля трехатомных газов.
При светящемся пламени лучи дополнительно ослабляются частипами сажи, следовательно, Тл ~ Св К,л = К, + К, = К, + 0,03(2 — ат) 1,6 т — 0,5) —, 4Зоор,р Клолусл = Кс + Кзол + Клолс = Кг + + Клолс| ' Тт" 4ол где Кс — коэффициент ослабления лучей частицами сажи; ат— коэффициент избытка воздуха в топке; СР и Нв — содержание углерода и водорода в топливе. При запыленном полусветяшемся пламени учитывают ослабление луча частицами золы К„„и кокса Клолс, т.е.
вге ви СТЕПЕНЯМИ ЧЕРНОТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ Вст1 И Всгз, ОтиОСитЕЛЬНОй тЕМ- пературой "холодной" поверхности 92 = Т2/Т1 и параметром У = 1/К1 = Ха/4ооТгз, Последний характеризует взаимную интенсивность переноса теплоты теплопроводностью и излучением: при Ф -+ оо теплота переносится только теплопроводностью, прн Ф -+ 0 — только излучением.
Ввиду сложности задачи сравнительно простые решения получаются лишь для некоторых предельных случаев: 1. Оптически тонкий слой, КА -+ О. Излучение не поглощается в среде, а переносится от одной поверхности к другой, как в случае диатермичной среды. Полный тепловой поток находят простым суммированием лучистого я кондуктивного потоков: Ч = овуч + уясня Для плоского слоя д„уч онредеяяется по формуле (1Х.13), а дчсвд — по формуле (П.10), так что ВстГВст2 л 4 = оо ~Т~1 — Т24/' + — (Т1 — Т2). (?Х.41) Вст1 + сст2 Встгостз б 2. Оптически толстый слой, КЬ -~ оо. Влияние радиапионных свойств поверхностей простирается в глубь объема на расстояние, много меньшее, чем характерный размер системы, а характеристики поля излучения в любой точке объема зависят лишь от условий в непосредственной близости от этой точки.
Вследствие этого уравнения переноса юлучения из интегродифференпиальных превращаются в дифференциальные. В этом случм полный поток также складывается из радиационного и кондуктивного потоков. Однако в отличие от уравнения 11Х.41) радиационный поток выражается теперь иначе. Для плоского слоя выражение имеет вид 4 ~то .—.4,—.4 Л Ч = Чвуч + Чяоид = — (2 '~ — 2 2 ) + — (Т| — Т2).
б 3. Конечнм оптическел толщина слоя (общий случай). Излучение от поверхности глубоко проникает в объем среды, где частично поглощается, что и оказывает влияние на распределение температуры. Это, в свою очередь, изменяет условия передачи теплоты теплопроводностью, н в результате суммарный тепловой поток уже не может быть получен простым суммированием радиапионного н кондуктнвного потоков, подсчитанных независимо друг от друга. Выбор того илн иного метода решения системы ннтегроднфференпиальных уравнений в значительной степени зависит от конкретных условий задачи. Радивцеокно-коивеигвивный шеплоойик.
Это наиболее сложный случай, когда уравнения переноса лучистой энергии следует решать совместно с уравнениями движения и конвективного теплообмена. Задача оказывается настолько сложной, что до настоящего времени сделаны попытки проанализировать лишь некоторые, весьма упрощенные случаи. Для практических расчетов обычно используют принцип независимости конвективного и лучистого потоков, что оказывается достаточно верным, если один нз них значительно меньше другого. Прн этом для учета теплоотдачн излучением рекомендуется к коэффициенту теплоотдачи конвекцией, подсчитанному обычным образом (т.е. без учета влияния радиационного теплообмена на профили скорости и температуры), прибавлять условный коэффипиент теплоотдо; чи шлучением а„, так что суммарный козффипиент теплоотдачи от газов к поверхности теплообмена будет следующим: а=а„+а„. Здесь ав — условный коэффидиент теплоотдачи излучением, полученный делением лучистого потока на разность температур между газом н поверхностью труб: а„= ов/(Тг — Тст).
Этот способ не пригоден, если конвективный и лучистый потоки соизмеримы и достаточно велики. Практически важный случай радиапионно-конвективного теплообмена реализуется при обтекании затупленного тела гиперзвуковым потоком газа. Эту задачу решалн чнсленнымн методами Л.М. Бнберман н ряд других авторов применительно к условиям входа космических аппаратов в плотные слои атмосферы Земли, Венеры и Юпитера. В результате обобщения расчетных данных Л.М.
Биберманом предложена аппрокснмирующм формула, устанавливающм связь %= 1+ТХ взт между плотностью яв — — дяеяя + я,ц„, суммарного радиапионноконвективного потока на лобовую поверхность тела в реальных условиях, когда перенос излучения по толщине ударного слоя влияет на профиль температуры, и плотностью суммарного поток» у~в —— дав + двв, подсчитанной по известным методикам, без учета влияния переноса излучения на профиль температуры: див <Цаво где Х = — — ~ — первый безразмерный параметр подобия.
—, о,у,о При этом расчетные значения относительного радиационного потока (вклад излучения в суммарный теплообмен) обобщаются формулой о= Х1 аХ1= — Я~- — ~-РйбРР1РР 2(, о+ 2, о) б1вчо „з б)пйв подобия. Г л а в а Х. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Х.1. Классификация теплообменных аппаратов Устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды к другой, называются зпеплообмеммььмв аппараФиамв.
В современной технике применяются самые разнообразные конструкцян теплообменных аппаратов, По принпипу действия они делятся на поеереностпные н смесипзельмые. К поверхностным теплообменным аппаратам относятся ремупераппаеные и рееемерапзиеаые тпетивообменные апиарагаы. В рекуперативных теплообменных аппаратах греющая и нагреваемая жидкостк (теплоносителя) протекают одновременно и теплота передается через разделяющую их стенку (паровые котлы, нспарнтели, поверхностные конденсаторы, водяные экономайзеры и т.п.).
В регенератявных теплообменных аппаратах одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью. Прн протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата илн насадкой и в них аккумулируется, при протекании же холодной жидкости зта аккумулированная теплота передается холодной жидкоств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
