Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 29
Текст из файла (страница 29)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКРАНОВ ДЛЯ ЗАШИТЫ ОТ ИЗЛУЧЕНИЯ Для защиты от перегрева некоторых элементов теплотехнического оборудования требуется уменьшить лучистый теплообмен. В этом случае между излучателем и обогреваемым элементом ставят перегородни, называемые экранами. Рассмотрим систему тел, аналогичную изображенной на рис.
!1.2. Установим между ними экран (рис. 11.4). Лучшую защиту второго тела от излучения первого обеспечит, естественно, абсолютно белий экран, полностью отражающий все падающие на него излучения Реально можно сделать экран из полироааиньж металлических пластин со сте. пенью черноты е,=0,05 ! 0,15. В этом случае часть энергии, испускаемой первым телои, будет поглощаться экраном, а остальная — отражаться.
В стационарном режиме вся поглощенная экраном энергия будет излучаться им на второе тело, в результате чего будет осуществляться передача теплоты излучением от первого тела через энран на второе. Оценим роль экрана, исключив нз рассмотрения конвекцию и теплопроводность. Примем, что е1 = =аз=а.=е и П ) Тг. Термическое сопротивление теплопроводности тонкостенного экрана практически равно нулю, так что обе его поверхности имеют одинаковые температуры Т, Приведенные степени черноты системы; первое тело — экран и экран — второе тело в соответствии с (!1.17) одинаковы и равны е„= - = —.
(11.19) 1 е (1/а+1/е — !] 2 — е От более горячей пластины экрану пере дается теплота, плотность потока которой С~ =е«жСс (! ! 20) а от экрана к более холодной поверхности ою = егжсе ' — ' . (! !.г!) В стационарном режиме 4, =а„, т е. (4)'-(;.)'= — — — (11.22) Отсюда — — + . (11.23) Подставляя полученное выражение в П !.20) или ( ! 1.21), получаем а Ср — — (11.24) Это и есть плотность тсплового потока д! х, передаваемого от первой пластины ко второй при наличии экрана.
Без экрана а! з=е„Со —, (11.25) где е.р — — е/(2 — а). Из сравнения выражений (11 24) и (11 25) следует д!л/4, э=0 5, т. е. установка одного экрана при а~ =аз=а уменьшает погон излучения вдвое Можно показать, что при установке л экранов с е,Фз (г=е,=ех) йадал Рис. 1!.4, Лучистый теплообмен между двумя поверхностями через знран д! з (! +п) з (2 — ез)/(ез (2 — е!( ' -- — (1 1,чб) Если а=0,8 (онисленная стальная поверхность), а г,=0,1, то при наличии одного экрана д;л/49 «=0 073, т.
е, лучистый тепловой поток уменьшаетсн более чем в 13 раз. При наличии трех таких зкранон лучистый теплообмен снижается в 39 раз! Иа этом основано конструирование специальной изоляции, состоящей из множества полнрованнык металлических пластин или фольги с зазорами, ши- /Е-гтс рако применяемой в последнее время. Для исключения коввекции к теплопроводкости кз захаров часто огьзчквз«тся воздух Такая изоляция назывзегся эакуумно.миогщлойной !!.4. ПЕРЕНОС ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ В ПОГЛОШАЮШЕЙ И ИЗЛУЧАЮШЕЙ СРЕДЕ Рассмотрим перенос энергии плоско- параллельным лучом в запыленной среде, например в продуктах сгорания твердого топлива, содержащих частицы золы. /!уч направлен вдоль оси х (рис.
11.5). Плошадь сечения луча примем равной 1 м', тогда энергия луча на входе в среду равна Е.. Для простоты будем считать частицы пыли сферическими одинакового размера с диаметром Э и абсолкюно черными. В слое толщиной пх частицы, встретившиеся на пути луча, поглощают энергию в количестве г!Е Поглощенная энергия ЫЕ равна произведению падающей (Е) на суммарную плошадь поперечного сечения всех частиц в слое толщиной г(х. В свою очередь, эта плошадь равна произведению поперечного сечения одной частицы пг(х/4 на их число п. Число и, частиц Рис !1.5. Ослабление плоскопараллелькога излучения в запыленной среде в единице объема среды равно отношению их массы с, в единице объема (кг/мз) к массе одной частицы плотностью р„: к~=с.б/(р,япз) Числа частиц в объеме слоя толщиной бх (» площадь ! лР): л=п~йх. Тогда ~Ыз бс„ г(Е= — Š— — —" — и'х = р„лг! с„ = — Е1,5 — бх.
(11.27) г(р„ Отсюда дЕ 1,5с„ — = — — х(х. Е др„ Интегрируя это выражение от начального значения Е. (при х=0) до текущего Е, получим 1,5с„ Е= Е„ехр — —" х, (11 28) др, Обозначив величину (1,5с„)/(пр„) через к, а толщину слоя среды через !, получим Е=Е„е "'. (11.29) Этот закон экспоненциального ослабления излучения в лучепоглошаюшей среде носит название закон Бугера: коэффициентнт ослабления к увеличивается с ростом массовой концентрации частиц и уменьшением их размеров Коэффициент поглощения слоя запыленной среды толщиной х=! равен А=(Ех — Е)/Е„=1 — е "'.
(11.30) Таким образом, коэффициент поглощения (а следпвательно и степень черноты) слоя запыленной среды, в отличие от твердого тела, зависит от его толщины и концентрации пыли. В реальных системах процесс передачи лучистой энергии осложнен тем, что несферические частицы имеют различные размеры, степень их черноты не равна единице, а луч не плоскопараллельный. Поэтому действительнан величина к, а также величина 1, заменяемая обычно на величину !Нп называемую э ф ф е ктивной длиной луча или эффективной толгциной излучающего слоя, оп- н о 'о 4,8 8,5 12 Зо >.П 12.5 П,5 Видно, что в световой (видимой) части спек>ра СО> и пары Н>О не излучают и не поглощак>т.
В коротковолновой части спектра газы поглощают и излучают хуже, чем в длинноволновой. С ростом температуры, когда максимум излучения смещается в область корк>ткнх волн, степень черноты уменьшаетгя. Поскольку степень черноть> газа в, существенно зависит от температуры, кзпкон четвертой степени» Стефана-— Больпмана строго не выполняется. !ак, ределяются из эксперимента и приводится в справочниках. Г!роцесс распространения лучистой энергии в газовой (незапыленной) среде им!от много общего с вышеописанным процессом в запыленной среде. Роль пылинок играют здегь молекулы газа, концентрация которых увеличивается с ростом давления газа Различные газы обладают различной способностью излучать и поглощать энергию. Одно- и двухатомные газы (кислород, азот и др ) практически прозрачны для теплс>вогк> излучения. Значительной способностью излучать и поглощаю ь энергию излучения обладают мнон>атомные газы: диоксид углерода СО> и серы 50>, водяной пар Н>О, аммиак Гк(Н> и др.
Наибольший интерес представляют сведения об излучении диоксида углерода и водяного пара, образующихся при сгорании топлив. Интенсивностью их излучения в основном определяется теплообмен раскаленных газообразных продуктов сгорания с обогреваемыл>и телами в топках. Газы являются селектнвными излучателями. Участки спектра, в которых газ излучает и поглощает энергию, называют полосами излучения (ног л о щ е н и я). Ниже приведены основные полосы поглощения )., мкм, для СО> и Н>О; плотность потока излучения Ен „ 7', Ес», Выше о>мечало>.ь, что излучение газов носит объемный характер.
Способность газа излучать энергию нзменяетсп в зависимости от >ып>тности и толщины газового слон. Чем выше плогность излучающего компонента >азовой смеси, определяемап парцнальным давлением р, и чем болшп<' толщина слон газа 7, тем больше молекул принимает участие в излучении и тем выше его излучательная способность и коэффициент поглощения. Поэтому степень черноты гази е, обычно представляют в виде зависимости от произведения р! или приводят в номограммах (15). Поскольку полосы излучения диоксида углерода и водяных паров нс перекрываются, степень черноты содержащего их топочного газа в первом приближении можно считать по формуле ь =его,+анко (11 51) Излучение чистых газов (Н>О, СО> и др ) находится в инфракрасной час~и спектра.
Имеющиеся в продуктах сгорания раскаленные твердые частицы (зола и т. п.) придак>т пламени видимую ок. раску, и его степень черноты может быть большой, достигая значений 0,6 — 0,7. Поэтому при факельном сжигании твердых топлив, а при выделении сажи (при сжигании с недостатком воздуха) .— н жидких, и газообразных основное ко личество теплоты в топках передастся излучением пламени. Излучение горящего пламени (факела) прн тсплообменс в топках рассчитывается по специальным формулам (15). К»итри.>ли>к> ииириг>и и з>и!ичи 11.1. Сколько экранных алюминиевых полированных пластин следует поставить ы системе вакуумио-многослойной н>оляпки сушильного шкафа Лля уменьшения теиловига потоки излучении пс иеиег чеч иа 99,4,"и? Сушильный шкаф риботагг при температуре, ие иреиы>иаю>пей 2ПП 'С 1! 2 !(очем> с увеличением сидср кикин угиекис ии и гизи и з >иисфгре Земли (ири гжн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
