3.9 Лучистый теплообмен между газом и окружающими его стенками

В реальных условиях приходится иметь дело с лучистым теплообменом между газом и оболочкой серого тела, в котором заключен газ. В этом случае часть энергии, излучаемой газом, поглощается оболочкой, а часть ее отражается в газ.

Отраженная оболочкой энергия частично поглощается газом, а частично вновь попадает на поверхность оболочки. Результирующий тепловой поток при таком теплообмене между газом и оболочкой определяется разностью между количеством энергии, поглощаемой газом, от излучения оболочки.

Расчетная формула для определения плотности теплового потока излучения, имеет вид:

, Вт/м², (179)

где ε_э – эффективная степень черноты оболочки;

А_г – относительная поглощательная способность газа при температуре оболочки Т_w.

Если степень черноты ограничивающей газ поверхности ε_w = 0,7-1,0, то эффективная степень черноты оболочки равна . Степень черноты газа определяется по соотношению

,

где q_о – плотность излучения абсолютно черного тела при данной температуре, Вт/м².

Если например, двуокись углерода и водяной пар содержатся в смеси (дымовые газы), степень черноты такой смеси равна:

, (180)

где - степень черноты двуокись углерода и водяного пара,

Δε_г – уменьшение суммарной степени черноты смеси СО₂ и Н₂О под влиянием совпадения полос излучения для СО₂ и Н₂О; значения Δε_г приведены в таблице;

β – поправочный коэффициент, зависящий от парциального давления водяного пара в смеси.

Рис. 40 – Интегральная степень черноты газообразной двуокиси углерода

Рис. 41 - Условная интегральная степень черноты водяного пара

На рис. 40, 41 и 42 приведены графики зависимости степени черноты двуокиси углерода и водяного пара от температуры.

Рис. 42 – Поправочный множитель для степени черноты водяного пара

Относительная поглощательная способность газа при температуре оболочки равна

, (181)

где , причем

берется из тех же графиков, но при t_w;

, причем берется из тех же графиков, но при t_w;

ΔА_г – уменьшение суммарной относительной поглощательной способности под влиянием совпадения полос излучения и поглощения СО₂ и Н₂О.

Для использования этих графиков (рис. 40-42) необходимо знать длину пути луча ℓ или s_эфф.

В общем случае величину ℓ или s_эфф можно вычислить по формуле

, см, (182)

где т = 3,6 при ℓ > 100 см и т = 3,4 при ℓ < 100 см;

V – объем занятый газом, м³;

F – поверхность стенок, ограничивающих этот объем, м².

Величина ℓ или s_эфф может быть определена по приближенной формуле:

, м, (183)

где V – объем полости, заполненной излучающим газом, м³;

F – поверхность стенок, ограничивающих этот объем, м²;

η_г – коэффициент эффективности газового излучении, характеризующий ту долю излучаемой газом энергии, которая доходит до стенок.

Численные значения коэффициента η_г имеются в специальных таблицах. Чаще всего принимают η_г ≈ 0,9.

Если температуры газа и поверхности стенки не постоянны, а изменяются от t_г1 и t_w1 в начале теплообменного аппарата до t_г2 и t_w2 в конце его, для расчетов приближенно можно принять:

; (184)

. (185)

Прианализировав ход многократных поглощений, отражений и пропусканий лучистых потоков была установлена следующая формула для расчета количества тепла

, Вт. (186)