2.2. Радиационный теплообмен между газом и стенкой
Между высокотемпературным потоком продуктов сгорания и стенками камеры сгорания происходит процесс теплообмена не только соприкосновением (конвективный теплообмен, теплоотдача), но и излучением (радиационный теплообмен).
Обычно, при сгорании топлив только два компонента СО2 и H2О имеют практически существенное излучение. При определении радиационных характеристик принимаются во внимание только эти два компонента.
1)Вычисляются парциальные давления излучающих компонентов, и оценивается эффективная длина луча.
и
– парциальные давления компонентов,
которые выражаются через давление смеси
и объемные доли этих компонентов:
Величина L - это эффективная длина луча, вводимая для оценки формы и размеров излучающего газового объема
,
где V – объем газа; F
– площадь окружающих газ стенок.
Степени черноты
и
вычисляются по номограммам (см. рис. П1
и П2 в [1]) при
,
и температуре Tf1=2080
К.
.
Суммарная степень черноты смеси газов СО2 и H2О определяется из выражения
, (10)
где
,
– степени черноты отдельных компонентов,
определенные выше;
– поправка, учитывающая взаимное
поглощение между излучающими компонентами,
которую можно оценить так
Коэффициент β –
поправка на парциальное давление
водяного пара (рис. П3 в
).
На рис. П3 pT=105
Па– техническая атмосфера.
Находим величину по оси
абсцисс:
Таким образом,
.
3)Определяется поглощательная способность газа (при Т=Тw)
,
– приведенные степени черноты,
определяемые по номограммам (см. рис.
П1 и П2 в [1]) при
,
и температуре Tw=1253
К.
;
.
Для определения поглощательной способности СО2 и H2О можно воспользоваться формулами
Суммарная поглощательная способность смеси газов
, (14)
– поправка, учитывающая взаимное
поглощение между излучающими компонентами
.
4)Вычисляется эффективная степень черноты стенки.
Эффективную степень черноты стенки можно определить по формуле
,
где
– степень черноты стенки, которая
принимается с учетом указаний к заданию
к курсовой работе.
5)Определяется плотность радиационного теплового потока.
Плотность радиационного теплового потока от излучающего газа на поверхность оболочки (ограничивающей этот газ стенки) определяется как разность двух тепловых потоков – от газа к стенке и от стенки к газу – по следующему выражению:
(9)
где с0 = 5,67 Вт/(м2∙К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; Tf1 и Tw – температура газа и температура стенки, К.
Тепловой поток от газа к стенке складывается из конвективной и радиационной составляющих
.
2.3. Теплоотдача с жидкостной стороны стенки
Необходимо подобрать уравнение подобия для теплоотдачи в кольцевом щелевом канале для условий, при которых режим течения жидкости вероятнее всего будет турбулентным.
1)Вычисляют определяющую температуру
Tf – средняя температура жидкости, определяется как полусумма входной и выходной температур:
Температура
на входе задана, а температура
определяется из уравнения теплового
баланса – тепловой поток, подведенный
к охладителю на данном участке
,
полностью расходуется на его нагрев:
,
где СрH2О=4,19
.
2)Вычисляют или задаются температурой стенки Tw2.
Она не должна быть ниже заданной температуры охладителя и выше температуры его кипения.
Пусть Tw2=350 K.
3)Вычисляют числа подобия Re и Pr при определяющей температуре и проверяют охваченность рассчитываемого случая областью исследования уравнения подобия.
Необходимые для вычисления чисел подобия теплофизические свойства берутся при определяющей температуре Tf=284,5K; число Prw вычисляется при температуре стенки со стороны жидкости Tw2=350 К.
;
;
;
; 
;
;
;
.
-
средняя скорость движения потока газа,
м/с;
-
диаметр кольцевого щелевого канала;
-
кинематический коэффициент вязкости.
Пусть
,
тогда
,
где
-
площадь сечения канала. Её можно вычислить
как
.
.
4)Вычисляют число Nu.
Уравнение подобия М.А. Михеева
(18)
По этой формуле определяются средние значения коэффициента теплоотдачи в трубах и каналах при турбулентном режиме течения жидкости. Она справедлива для канала любой формы, в том числе и для кольцевого.
Число Nu можно найти и по-другому, используя коэффициент теплоотдачи f, который определяется как
;
5)Вычисляют ширину кольцевого щелевого канала δ1.
,
;
где δ1 – ширина кольцевого щелевого
канала, которая является искомой
величиной.