книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)
..pdfТаким образом: |
|
|
|
|
|
^ |
= Ех4ф12 йРх\ |
|
|
|
(14-34) |
4<Э2 = Л.2 созр4(1(й±йРх = Е24ф12 йР2. |
|
(14-35)' |
|||
Количество передаваемого тепла, согласно уравнению (14-30), равно |
|||||
|
= (Е, —Е2)йуХйРх= % ^ х2йР{[Т\~Ц). |
(14-36) |
|||
Это количество можно подсчитать и по элементарной поверхности |
|||||
йР2' |
|
|
|
|
(14-37) |
сК} = (Я, —Е2) <*ф210Р2 = о0-</фи 0Р3(77 —77). |
|||||
Элементарный угловой, коэффициент с1ц>2\ |
элементарной поверхно |
||||
сти йР2 относительно йР\ определяют из выражения |
|
||||
^Ф21= ~-созР2^со2. |
|
|
(14-38) |
||
Лучистый теплообмен между |
двумяконечными абсолютно черными |
||||
поверхностями определяется по |
формуле |
|
|
||
0 = Ф12/Г, <*о(77 - |
П) = Ф12Л Со [(ТУЮ0)« - |
(7У100)«] вт, |
(14-39) |
||
где |
Ф12—угловой коэффициент поверхности |
Р1относительно поверх |
|||
|
ности Р<2, представляющий собой интеграл: |
|
|||
<Р12 = -у- Г [ ■С08^.Р-».. йР, 4Р„ |
|
(14-40) |
|||
|
1Д Л |
Я5 |
|
|
|
Количество передаваемого тепла может быть выражено и через по |
|||||
верхность Р2: |
|
|
|
|
|
<2 = фя Р,о0 <Т\- |
7<) = фв Р,С0 [(Г./ЮО)"- |
(7У100)<] вт, |
(14-41) |
||
где |
Ф21—угловой коэффициент поверхностиР2 относительно поверхно |
||||
|
сти Рь Из рассмотрения уравнений (14-39) и (14-40) выте |
||||
|
кает принцип взаимности: |
|
|
||
ЛФ12 = ^2Фц. |
|
|
|
(14-42) |
Вычисление интеграла (14-40) представляет значительные трудно сти и поэтому, помимо аналитических методов, применяют графические, описанные в специальных руководствах. В сложных случаях угловые коэффициенты можно определять экспериментально при помощи опти ческой проекции.
ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ДВУМЯ СЕРЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ
Лучистый теплообмен между серыми поверхностями усложняется тем, что часть лучистой энергии многократно отражается от одной по верхности к другой, пока не будет поглощена полностью. Однако и в этом случае можно показать, что количество тепла, переданного от те ла 1 к телу 2, может быть определено по формуле, аналогичной уравне
нию (14-39):
<2= С„ [Г,/100)* - (Г2/Ю0)*] ^ ф12 вт, |
(14-43) |
где Спр—приведенный коэффициент лучеиспускания, который для замкнутой системы, состоящей из двух серых поверхностей,
в общем случае определяют по формуле
_____;____^ ___ . |
вш/(Л1а •°К4), |
(14-44) |
где &1и 62 —степени черноты соответственно тел 1 и 2;
189
Частные случаи лучистого теплообмена: |
большими |
|||
1. |
Лучистый теплообмен между двумя параллельными |
|||
плоскостями, расположенными |
на близком расстоянии друг от друга |
|||
У/У//////УУ////7///////////////А /Г |
(рис. |
14-8,а). |
общая |
|
В |
этом случае ф12=ф21 = 1 и |
|||
|
|
формула (14-44) принимает вид: |
|
Рис. 14-8. Лучистый теплооб мен между двумя замкнутыми системами серых тел
(Н-45)
2. Лучистый теплообмен между дву мя телами когда одно из них распо ложено внутри другого: два коаксиаль ных цилиндра, две концентрические ша ровые поверхности и другие поверхности, практически приближающиеся к перечис ленным (рис. 14-8,6).
В этом случае угловой коэффициент внутреннего тела относительно внешнего Фх2= 1, а внешнегоотносительновнутрен-. него ф2\~Р\1Р2 и сообразно с этим при
веденный коэффициент |
лучеиспускания |
Спо—* |
(14-45') |
ЧЬ+ Ъ/ГшЫН-*)
Из рассмотрения формулы (14-43) видно, чтодля усиления лучистой
теплоотдачи следует повысить температуру излучающего тела и увели чить степень черноты системы.
ЭКРАНЫДЛЯ ЗАЩИТЫОТ ИЗЛУЧЕНИЯ
Для защиты от излучения, т. е. для уменьшения лучистой теплоот дачи, применяют экраны. Допустим, что экран (рис. 14-9) вставлен меж ду двумя параллельными плоскостями. Коэффициенты лучеиспускания
будем считать одинаковыми для всех поверхностей. При отсутствии эк рана количество тепла, переданного
1 м2 поверхности, равно
Ягг = Спр [(7у100)*-(7уЮО)’].(14-46) |
г,________ |
|
При наличии экрана он получает от |
|
|
1 м2 излучающей поверхности тепла |
|
|
Яг, = С„Р[(7УЮ0)’-(7У 100)’] .(14-46') |
Рис. 14-9. Тонкостенный экоан |
|
и отдает отделяемой им поверхности |
||
между двумя параллельными пло- |
||
Яг, = С„р [(Г9/100)’-(7уЮ0)‘] (14-46") |
*скостями |
При установившемся тепловом состоянии можно считать, что ^1э=<72э, и из этого равенства определить, что
(7У100)4 = 0,5 [(7У100)4 + (7УЮ0)*]. |
(14-46'") |
После подстановки значения (7У100)4 из уравнения (14-46'") в одно из уравнений (14-46') или (14-46") получим
Яг, = Яг,= Яп = 0,5фР[(Т,/Ю0)‘ — (Г,/100)*] вт/м*. |
(14-47) |
Это значит, что при наличии экрана тепла передается вдвое меньше. При наличии п экранов тепловой потокуменьшается в п+\ раз. Для
увеличения эффективности действия экрана следует применять экраны с малым значением коэффициента лучеиспускания из алюминиевых гладких листов, фольги и других материалов.
190
ИЗЛУЧЕНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ ГАЗАМИ
Излучение газов обусловлено колебательными движениями атомов в молекулах, возникающими при соударениях молекул. Газы, молекулы которых состоят из однородных атомов (водород, кислород и азот), практически не излучают тепловых лучей и совершенно лучепрозрачны.
Трехатомиые газы и газы, характеризуе |
|
|
|
мые большей атомностью, обладают зна |
|
|
|
чительной поглощательной и, следова |
|
|
|
тельно, лучеиспускательной способностью. |
|
|
|
Особо важное значение в практике тепло |
|
Ы |
] |
технических установок придают излуче |
Я ж |
||
нию трехатомных компонентов продуктов |
1 I I |
|
|
сгорания топлива—углекислоты С02, сер |
Рис. 14-10. Спектры излучения аб |
||
нистого ангидрида 502 и водяного пара |
|||
Н20. Излучение этих газов сильно отли |
солютно |
черного |
(/), серого (2) |
чается от излучения твердых тел. |
и газообразного (3) тела |
Для твердых тел характерны сплош ные спектры излучения: они излучают и поглощают энергию всех длин волн от Х=0 и до Х=оо.
Газы излучают и поглощают энергию в некоторых определенных ин тервалах длин воли или, как говорят, в полосах, расположенных в раз личных частях спектра (рис. 14-10). Лучи остальных длин волн не по глощаются и не излучаются. Следовательно, излучение и поглощение трех- и многоатомных газов характеризуются свойством избирательно сти (селективности).
Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностным слоем, газы же —всем объемом, так как молекулы газа находятся на относи* тельио больших расстояниях одна от другой. Газовые объемы не отра жают лучей. ,
При полосовых спектрах закон Стефана—Больцмана не применим
изаменяется следующим:
Е= С(7У100)Л.
Показатель степени п для двуокиси углерода п=3,5 и для водяного па
ра п=3.
Однако ради удобства расчетов считают, что излучение газов также следует закону четвертой степени, но.тогда вносят в коэффициент С по правку на температуру, так как С=/(Г).
При прохождении тепловых лучей через газ их энергия уменьшает ся, т. е. происходит ослабление лучей. Это ослабление определяется ко личеством молекул газа, находящихся на пути лучистого потока, кото рое пропорционально парциальному давлению р*поглощающего тепло вые лучи газа и длине пути луча 5. Кроме того, поглощательная способ ность газа зависит от его температуры и, таким образом, А=}(Т, р,-з).
Если газы поглощают энергию, то, согласно закону Кирхгофа, они и излучают ее. Для определения относительной излучательной способно сти, представляющей лучеиспускательную способность.газов в долях от излучения' абсолютно черного тела, или степени черноты газов, служит
формула |
|
|
|
гг= \ - е - Шр\ |
(14-48) |
где |
ег—степень черноты газов; |
|
|
е—основание натуральных логарифмов; |
|
|
р—общее давление газов; в |
обычных условиях сжигание |
|
топлива происходит при р=0,1Мн/м2, Мн/м2; |
|
|
$—эффективная толщина излучающего слоя, м; |
191
к=кг гп, где кг—коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, содержащимися в продуктах сгорания, определяемы“
по опытной формуле |
|
|
К =.(0,8 + 1,6/-но) (р.«)-«*(1 -0 .3 8 -^ -), |
(Н-49) |
|
где гн 0 — объемная доля водяных паров; |
|
|
Т—абсолютная температура |
газов, °К; |
трехатомных |
рп= 10 гп р—суммарное парциальное |
давление |
|
Мн/м12. |
|
|
Произведение (—крз) называют силой поглощения газов.
Для облегчения вычислений пользуются номограммами, построен ными по формулам (14-48) и (14-49) *. Длина пути лучей почти всегда различна для различных направлений, и поэтому в выражение (14-48) введена величина 5, называемая эффективной толщиной излучающего
слоя |
газов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективную толщину излучающего газового слоя, ограниченного |
||||||||||
со всех сторон, определяют по следующей формуле: |
|
|
||||||||
5 |
= 0,9(4У/Р), |
|
|
|
|
|
(14-50) |
|||
где |
V—объем |
излучающего слоя, мъ\ |
м2. |
|
|
|||||
|
Р—площадь ограждающих поверхностей, |
|
Таблица 14-2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективная длина лучей для газовых объемов разной формы |
||||||||
|
Форма оболочки газа |
|
Направление излучения |
Эффективная длина луча'$ |
||||||
Длинный цилиндр |
(4) |
На боковую поверхность |
|
|
0,954 |
|||||
Цилиндр высотой |
(Л), равной |
> |
» |
» |
|
|
0,60а |
|||
диаметру 4 |
|
|
|
На |
центр |
основания |
|
|
0,774 |
|
То же |
|
|
|
|
|
|||||
Шар диаметром 4 |
|
На поверхность |
|
|
0,654 |
|||||
Куб со стороной 4 |
|
На грань |
|
|
|
0,664 |
||||
Слой газа между двумя парал |
На плоскость |
|
|
1,86 |
||||||
лельными пластинами, распо |
|
|
|
|
|
|
||||
ложенными |
на |
расстоянии |
|
|
|
|
|
|
||
друг от друга 6 |
пучки труб |
|
|
|
|
|
|
|||
Глддкотрубные |
На поверхность труб при |
|
|
|
||||||
диаметром |
<1и |
с |
шагом по |
|
|
|
||||
перек потока 5! и вдоль потока |
|
&ЬЬ-<7 |
|
|
|
|||||
$2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 < ^ < 1 3 |
( 2 ,1 0 ,6 ^ 1 4 (14-51) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
\ |
Л |
) |
В табл. 14-2 приведены цифровые значения эффективной длины лу чей для некоторых форм газовых объемов.
ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ГАЗАМИ И ОКРУЖАЮЩИМИ ИХ СТЕНКАМИ (ПОВЕРХНОСТЯМИ)
Излучающий газ в технических устройствах всегда окружен оболоч кой (стенками, поверхностями нагрева), степень черноты которой
*с<1-
1Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод), ВТИ и ЦКТИ, Госэнергоиздат, 1957,с.214, 216,217, нормограммы IX, X, XI.
192
Собственное излучение газов на единицу поверхности стенок за 1 сек можно определить по формуле
Яг -ь*С0{Т,1100)4 вт/м\ |
(14-52) |
Рис. 14-11. Поправка Ч*1к фор муле (14-55)
Однако из этого количества излучения только часть поглощается стенкой, а другая отражается от стенки в газовый объем, частично по
глощается им и снова падает на стенку и т. д. Собственное излучение стенки составляет
<7с = сс С0 (Гс/100)4 вт/м\ |
(14-53) |
Часть этого излучения, как было сказано, поглотится газом; другая часть, пройдя сквозь толщу газа, достигает снова стенки, и так это будет повторяться много раз. Г. Л. Поляк вывел формулу для определения ко личества тепла, передаваемого от газов к стенкам (или от стенок к газу,
если стенки нагревают газ) с учетом многократных поглощений, отраже ний и пропусканий лучистых потоков:
Ял = |
Се. |
(Гг/ЮО)4 —(Тс/100)]4"|вт/м*, (14-54) |
с (( |
+ — |
С. |
г - ' ) |
|
где 8р и ес—степени черноты газов для эффективной длины луча 5
при температурах Гг и Тс; е“ и е“с —предельная степень черноты трехатомных газов при
5=оо при температурах Тг и Тс
(см. книгу В. В. Нащокина «Техническая термодинамика и теплопере дача». Изд., Высшая школа, 1969, график на с. 262).
Для определения количества тепла, переданного от незапыленных газов, чаще пользуются приведенной ниже формулой:
Ял = С0е;ег [(7Г/Ю0)4- (7уЮ0)4]ф вт/м*, |
(14-55) |
где е'= (е0+ 1)/2—эффективная .степень черноты |
стенок; |
ф—поправка, учитывающая отклонения лучеиспускания от закона Стефана— Больцмана (рис. 14-11).
Для запыленных газов ф = 1.
При расчете конвективных поверхностей нагрева, когда конвектив ный теплообмен преобладает над лучистым, принято формулу для под счета количества тепла, переданного излучением, представлять в виде
Ял = (/г ~ У «я/л*, |
(14-56) |
где ал —коэффициент лучистой теплоотдачи.
193
Следовательно, |
|
—А: вт/(м~-град). |
(14-57) |
Подставляя в формулу (14-57) величину |
из выражения (14-55), |
можно коэффициент лучистой теплоотдачи для незапыленных продуктов сгорания представить в виде
ал = С0есег1] |
КГг/100)«-(Гс/100)«1 . |
|
(14-58) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
=С0 гс гг фЯ вт/(м2•град), |
||||||
где Я —температурный коэффициент, |
|
равный |
|
|
|
|||||||
в _ |
(7Г/100)Д—(Гс/ЮО)4 |
|
|
|
|
|
(14-59) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример 14-1. Определить коэффициент |
теплоотдачи лучеиспусканием |
от ды |
||||||||||
мовых газов к стенкам трубного пучка, расположенного в шахматном порядке. На |
||||||||||||
ружный диаметр труб й=88 мм, шаг поперек потока 51=380 мм и вдоль потока 52= |
||||||||||||
=300 мм. Температура газов перед газоходом |
^=1117°С и после него += 1080° С. |
|||||||||||
Температура наружной |
поверхности труб |
/с=775°С и степень черноты ее ес=0,8. |
||||||||||
В состав |
продуктов |
сгорания |
входят 14% сухих незапыленных трехатомных |
газов |
||||||||
К02=С02+502и 9,4%водяных паров. |
|
для |
трубного |
пучка, согласно табл. |
14-2, |
|||||||
Эффективная толщина газового слоя |
||||||||||||
|
5*+ 52 |
380 -|-300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
для случая —-—= ---—--- =7,8>7; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
а |
|
88 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5= ^2,82 Д| |
—10,6^4=^ 2 ,8 2 - 1 0 ,6 ^ |
-0,088 = 0,973 м. |
|
|
||||||||
Объемная доля трехатомных газов |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
гп = гко,"Ь Тн.о = 0* НО+ 0,094 = 0,234. |
|
|
|
|
||||||||
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов |
|
|
|
|||||||||
рп8 = тпз= 0,234-0,973=0,228. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Средняя температура газов ТГ= |
1117+1080 |
+273=1371° К. |
|
|
||||||||
--------- |
|
|
||||||||||
Коэффициент ослабления лучей трехатомных газов по формуле |
|
|
||||||||||
. |
0>8+1,6гн-Н^Н.О.о / |
|
Т |
\ |
= |
0,8+1,6-0,094 |
|
|
||||
«г=-----V__ |
■" |
|
1- 0,38— г |
|
|
Т '_____ (1—0,38*1,371)=0,95. |
||||||
|
Урп$ |
|
V |
юоо/ |
|
|
Уо^ё |
|
|
|||
Суммарная сила поглощения |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
крз = А*г гп рз= 0,95-0,234-0,1 • 10-0,973 = 0,216. |
|
|
|
|||||||||
Степень черноты по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ег= 1—«-*** = .1—в—°-216 = 0,21. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Температурный коэффициент |
13,71* - |
10,48* _ |
|
|
|
|||||||
|
(7У/100)4 —(Гс/100)4 |
|
|
|
||||||||
|
1Г-1С |
|
1098-755 |
|
|
|
|
|||||
Поправочный коэффициент по графику (см. рис. 14-11) Чг=0,945. |
|
|
||||||||||
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием по формуле |
|
|
|
|||||||||
ал = С0е'сеРф/3 = 5,67 |
- -0,21-0,945.70,2 = 71,4 вт/(м*-град). |
|
|
ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ ПЛАМЕНИ (ФАКЕЛА)
В рабочем пространстве топок и печей не всегда движутся только продукты полного сгорания; очень часто в нем находится пламя, пред ставляющее собой поток горящих газов, частиц дисперсного углерода и пыли.
194
Пламя может быть бесцветным и светящимся. Светимость пламени определяется наличием в нем дисперсного сажистого углерода, образую щегося при разложении углеводородных соединений. Размер этих частиц порядка 0,2 мкм (что соизмеримо с длинами волн видимого светового излучения пламени) и в 1 см3 факела содержатся десятки миллионов таких частиц. Если ярко светящийся факел, характеризуемый высокой температурой, внезапно охладить («заморозить»), то сажистый несгорев ший углерод можно собрать, взвесить и измерить. Помимо сажистого углерода, в пламени могут быть взвешены частицы угольной пыли и ле тучей золы размером от 10 до 1000 лш*.
Взвешенные в потоке газов частицы сажистого углерода увеличива ют степень черноты факела и его излучательную способность. Поэтому при отоплении высокотемпературных печей газами, содержащими мало углеводородов, иногда прибегают к искусственному повышению степени черноты факела посредством его карбюраций. Это достигается добавле нием к газообразному топливу тонкораспыленной смолы или мазута. Так, при отоплении мартеновских печей генераторным газом карбюрация осуществляется добавкой 10—30 г смолы или мазута на 1м3 газа.
Степень черноты светящегося пламени (факела) зависит от:
а) свойств топлива (главным образом выхода летучих веществ), а при газообразном топливе—от содержания в нем углеводородистых соединений и в том числе смолЫ;
б) подготовки топлива перед сжиганием (например, при сжигании мазута —от степени его подогрева и тонкости распыливания, при сжига нии пылевидного топлива—от тонкости его помола);
в) способа смешения топлива с воздухом, т. е. от конструкции фор сунок или горелок и режима их работы;
г) конструкции топочного пространства и режима его работы, а так же от эффективной толщины газового слоя, температуры газов, циркуля ции газовых потоков (перемешивания струй) и других факторов.
Степень черноты светящегося факела определяется по формуле
®св = «Г+ «вид —Де, |
(14-60) |
где е„—степень черноты, определяемая присутствием |
в факеле трех |
атомных газов (невидимое излучение); „д—степень черноты, определяемая видимым излучением частичек
углерода, взвешенных в газовом потоке; Де— поправка на взаимное излучение.
Степень черноты светящегося факела, как видно из вышеизложен ного, зависит от факторов, которые трудно оценить в расчете, и поэтому расчет ведется на прозрачный факел, а затем в зависимости от способа
сжигания топлива и вида топлива в расчет вводится поправочный мно житель.
Глава 15 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮСТЕНКУ
Рассмотрим сначала часто встречающийся на практике случай пере дачи тепла от одной среды другой через многослойную плоскую стенку (рис. 15-1). Допустим, что температура греющей среды будет /1, а нагре-
195
Следовательно, |
|
ал = ——— вт/(м2-град). |
(14-57) |
Подставляя в формулу (14-57) величину |
из выражения (14-55), |
можно коэффициент лучистой теплоотдачи для незапыленных продуктов
сгорания представить в |
виде |
|
|
|
|
||||
“л = С0<егЧ> |
КГг/100)«-(Гс/100)«) _ |
|
|
(14-58) |
|||||
|
|
|
=С0 ес ег фВ вт/(м2•град), |
||||||
где В — температурный коэффициент, равный |
|
|
|
|
|||||
в |
(7У/100)* —(ТУ/ЮО)4 |
|
|
(14-59) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример 14-1. |
Определить коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием |
от ды |
|||||||
мовых газов к стенкам трубного пучка, расположенного в шахматном порядке. На |
|||||||||
ружный диаметр труб |
|
88 мм, шаг поперек потока «1=380 мм и вдоль потока «2= |
|||||||
=300 мм. Температура |
газов |
перед газоходом *г=1117°С и после него |
/г= 1080° С. |
||||||
Температура наружной |
поверхности труб /с=775°С и степень |
черноты |
ее |
ес=0,8. |
|||||
В состав |
продуктов |
сгорания |
|
входят 14% сухих незапыленных |
трехатомных |
газов |
|||
Я02=С02+502 и 9,4%водяных паров. |
|
табл. |
14-2, |
||||||
Эффективная толщина газового слоя для трубного пучка, согласно |
|||||||||
|
«1+•«а 380 -}- 300 |
=7,8>7; |
|
|
|
|
|||
для случая —-—= --—--- |
|
|
|
|
|
«= ^2,82 51 ^ —10,6^^2,82 380 ^ 300—10,6^ -0,088 = 0,973 м.
Объемная доля трехатомиых газов = гКОг + гн.О = 0.ПО+ 0,094 = 0,234.
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов Рп5 = гп5= 0,234-0,973=0,228.
Средняя температура газов ТГ= |
1117+1080 |
|
|
|
-----------[-273=1371° К. |
|
|||
Коэффициент ослабления лучей трехатомных газов по формуле |
|
|||
0,8 + 1,6гНг0 |
[ ' |
Г \ |
0,8+1,6-0,094 |
(1—0,38-1,371)=0,95. |
кГ—- |
• (1—0,38- 1000 , |
1^0^228 |
||
УрпС |
' |
1' |
|
|
Суммарная сила поглощения |
|
|
||
крз = кг гп рз = 0,95-0,234-0,1-10-0,973 = 0,216. |
|
|||
Степень черноты по формуле |
|
|
|
|
ег =1 - е~кр$ = .1—е-0*216 = 0,21. |
|
|
||
Температурный коэффициент |
13,71* - |
10,48* |
|
|
» (Тг/т * - (7У/100)4 |
|
|||
/г-*с |
|
1098 - |
755 |
|
Поправочный коэффициент по графику (см. рис. 14-11) Мг=0,945. Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием по формуле
сС= Сес ЕрфД = 5,67 0,8+ ] -0,21 -0,945-70,2 = 71,4 вт1(м*-град).
ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ ПЛАМЕНИ (ФАКЕЛА)
В рабочем пространстве топок и печей не всегда движутся только продукты полного сгорания; очень часто в нем находится пламя, пред ставляющее собой поток горящих газов, частиц дисперсного углерода и пыли.
194
Пламя может быть бесцветным и светящимся. Светимость пламени определяется наличием в нем дисперсного сажистого углерода, образую
щегося при разложении углеводородных соединений. Размер этих частиц порядка 0,2 мкм (что соизмеримо с длинами волн видимого светового
излучения пламени) и в 1 см3 факела содержатся десятки миллионов таких частиц. Если ярко светящийся факел, характеризуемый высокой температурой, внезапно охладить («заморозить»), то сажистый несгорев ший углерод можно собрать, взвесить и измерить. Помимо сажистого
углерода, в пламени могут быть взвешены частицы угольной пыли и ле тучей золы размером от 10 до 1000
Взвешенные в потоке газов частицы сажистого углерода увеличива ют степень черноты факела и его излучательную способность. Поэтому
при отоплении высокотемпературных печей газами, содержащими мало углеводородов, иногда прибегают к искусственному повышению степени черноты факела посредством его карбюраций. Это достигается добавле нием к газообразному топливу тонкораспыленной смолы или мазута. Так, при отоплении мартеновских печей генераторным газом карбюрация осуществляется добавкой 10—30 г смолы или мазута на 1мъгаза.
Степень черноты светящегося пламени (факела) зависит от:
а) свойств топлива (главным образом выхода летучих веществ), а при газообразном топливе—от содержания в нем углеводородистых соединений и в том числе смолй;
б) подготовки топлива перед сжиганием (например, при сжигании мазута— от степени его подогрева и тонкости распыливания, при сжига нии пылевидного топлива—от тонкости его помола);
в) способа смешения топлива с воздухом, т. е. от конструкции фор
сунок или горелок и режима их работы; г) конструкции топочного пространства и режима его работы, а так
же от эффективной толщины газового слоя, температуры газов, циркуля
ции |
газовых потоков (перемешивания струй) и других факторов. |
|
|
Степень черноты светящегося факела определяется по формуле |
|
|
есв = ег + евнд —Ае, |
(14-60) |
где |
ер—степень черноты, определяемая присутствием |
в факеле трех |
атомных газов (невидимое излучение); евнд—степень черноты, определяемая видимым излучением частичек
углерода, взвешенных в газовом потоке; Де— поправка на взаимное излучение.
Степень черноты светящегося факела, как видно из вышеизложен ного, зависит от факторов, которые трудно оценить в расчете, и поэтому расчет ведется на прозрачный факел, а затем в зависимости от способа сжигания топлива и вида топлива в расчет вводится поправочный мно житель.
Глава 15 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮСТЕНКУ
Рассмотрим сначала часто встречающийся на практике случай пере дачи.тепла от одной среды другой через многослойную плоскую стенку (рис. 15-1). Допустим, что температура греющей среды будет /1, а нагре
195
|
|
ваемой У Тепло от греющей среды |
|
|
|
сначала передается внутренней по |
|
|
|
верхности стенки, температура кото |
|
|
|
рой /сь затем— через стенку и, на |
|
|
|
конец, от наружной |
поверхности, |
|
|
температура которой 7сг, тепло пере |
|
|
|
дается нагреваемой среде. |
|
|
|
Теплообмен между средой и по |
|
|
|
верхностью, как было отмечено ра |
|
|
|
нее, называют теплдотдачей, кото |
|
|
|
рая может быть конвективной, лучи |
|
|
|
стой или сложной, т. е. происходя |
|
|
|
щей одновременно конвекцией и лу |
|
|
|
чеиспусканием (см. стр. 204). |
|
Рис. 15-1. Теплопередача через плоскую |
Количество тепла, передаваемо |
||
го от греющей среды |
к внутренней |
||
многослойную стенку |
поверхности при отсутствии излуче |
||
|
|
ния, можно рассчитать по формуле |
|
|
|
Ньютона— Рихмана |
|
Я—а1 @1 |
вт/м” или д = |
—^С1 вт/м2. |
|
|
|
*1 |
|
где — коэффициент теплоотдачи от греющей среды к внутренней по верхности, вт/(м2•град);
—тепловое сопротивление при переходе тепла от греющей среды
квнутренней поверхности.
Пользуясь приведенным выше выражением, |
а также |
формулой |
|
(11-30'), можно написать ряд значений температур: |
|
||
к — и\ = яК1 = Я{\М |
|
|
|
^с! |
^с2 = <7*2 = ЯФ[/^\)> |
|
(15-1) |
^с2 |
^сЗ = <7*2 = Я(^2Ао)> |
|
|
^сЗ |
^с4 “ <7*2 = Я(63А3)» |
|
|
^с4 — |
= <7*3 = Я1/а2- |
|
|
Сложив все равенства, получим |
|
(15-2) |
|
— Ч~~ Я(*1 + *2 + *2 + *2 "Ь *з) “ <7*» |
|
||
откуда следует, что удельный тепловой поток равен |
|
||
Я=У1 — 7г)/* = 1 /* & -72) зт/ж2. |
|
(15-3) |
|
Общее термическое сопротивление 7? в общем случае представляет |
|||
сумму отдельных термических сопротивлений: |
|
|
|
* = *1 + *2+ *2 + *2" + • • • + *„ м--град/вт. |
(15-4) |
||
Выражение для удельного теплового потока часто представляют |
|||
вдругом виде: |
|
|
|
Я= к &— У = Ш вт/мК |
|
(15-5) |
|
Величину Д/ = /1—/2 называют температурным напором. |
|
||
Общее количество тепла, переданное через |
стенку поверхностью |
||
Рм2убудет равно |
|
|
|
<1=дР = ЬР(1Х_ у = ЬРМ вгп. |
|
(15-6) |
196