5.3.Излучение запыленных потоков

В металлургических печах, предназначенных для термообработки дисперсных материалов (огнеупорного глиноземного сырья, известняка, железной руды, руд цветных металлов и т.п.), продукты сгорания содержат пылевидные частицы. Такие запыленные потоки газа иногда называют мутными. Мелкодисперсная пыль в виде твердых частиц, капель металла, шлака насыщает газовые потоки и в плавильных печах – мартеновских, электродуговых, отражательных и др.

При прохождении излучения через такой запыленный поток часть излучения поглощается не только компонентами газа, но и самими твердыми и жидкими частицами. В конечном итоге и поглощение и рассеяние энергии ослабляет тепловое излучение. Таким образом, запыленный поток пред-ставляет собой гетерогенную среду, активно участвующую в теплообмене излучением, определяющую тепловое состояние всех тел системы запол-ненной этой ослабляющей средой. Суммарную поглощательную способность запыленного потока можно рассчитать по формуле:

, (5.13)

в которой и - оптические толщины соответственно газового потока и слоя пылевых частиц. Величину определяют характеристики газового излучения, а значение зависит от концентрации, формы, размеров и плотности частиц, их радиационных свойства и спектральных характе-ристик, температуры гетерогенной системы, эффективной длины луча и пр. Сложный характер связей между этими параметрами не позволяет получить универсальной формулы для расчета оптической толщины слоя пылевых частиц.

С учетом изложенного Блохом предложены формулы для расчета в газовых потоках:

для золы

(5.14)

где Т - температура потока, K; - средний по поверхности диаметр частиц, мкм. При 20г/м² выражение в фигурных скобках обращается в единицу и формула упрощается;

для частиц кокса ( 20г/м²)

. (5.15)

Эта формула через учитывает изменения концентрации и размеров частиц по мере их выгорания.

Пример. Определить поглощательную способность запыленного золой потока, если известны: оптическая толщина газового (без пыли) потока =0,16; эффективная длина луча = 3,0 м; концентрация пыли =4 г/м³; средний по поверхности диаметр частиц пыли =5 мкм; температура запы-ленного потока 1600 К.

Определив, что =12 г/м², устанавливаем возможность расчета по упрощенной формуле (5.14):

.

Далее с помощью (5.13) рассчитываем

.

Для сравнения определим величину (без пыли). По данным примера эта характеристика равна 0,15. Таким образом, наличие в газовом потоке золы в количестве 4 г/см³ увеличивает поглощательную, а следовательно, и излучательную способность запыленного потока на 25%.

Завершая изложение пособия, посвященного теплообмену излучением, считаем необходимым еще раз подчеркнуть исключительную важность этого вида теплопередачи для всех высокотемпературных металлургических печей и тепловых установок. Теория теплообмена излучением постоянно и весьма активно, несмотря на известные сложности процессов переноса теплоты, развивается. Практическое приложение достижений теория проявляется в новых конструкциях металлургических печей и совершенствовании теп-ловых режимов действующих.

Учебное пособие

Швыдкий Владимир Серафимович

Ярошенко Юрий Гаврилович

Юрьев Борис Петрович

Матюхин Владимир Ильич

ФИЗИКА

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Редактор

Компьютерный набор

Подписано в печать 2011, формат 60 84 1/16

Бумага типографская. Печать плоская. Усл. печ. л.

Уч. – изд. л. . Тираж 50 экз. Заказ

Редакционно- издательский отдел УрФУ

620020, Екатеринбург, ул. Мира, 19

rio @mail/ ustu. ru

Ризография НИЧ УрФУ

620020, Екатеринбург, ул. Мира, 19

РЕЦЕНЗИЯ

на учебное пособие В.С.Швыдкого, Ю.Г.Ярошенко, Б.П.Юрьева, В.И.Матюхина «Теплообмен излучением»

Пособие состоит из пяти глав. В нем приводятся общие сведения о природе теплового излучения, как одного из основных видов передачи теплоты в высокотемпературных тепловых агрегатах, о видах тепловых потоков. Рассмотрены законы излучения абсолютно черного тела, а также свойства и характеристики тел и сред, участвующих в теплообмене. Приведены методы расчета теплообмена излучением между твердыми поверхностями, разделенными лучепрозрачной средой. Большое внимание уделено рассмотрению особенностей теплообмена излучением приме-нительно к металлургическим печам. Показаны способы интенсификации теплообмена излучением. Приведены примеры практического использо-вания излагаемого теоретического материала.

Считаю, что учебное пособие соответствует всем предъявляемым к нему требованиям и рекомендую его к изданию. Оно рассчитано для бакалавров, обучающихся по направлению 150100 «Металлургия» в соот-ветствии с рабочими программами по дисциплинам «Физика» и «Тепло-техника».

Директор по науке и технике Г.М.Дружинин

ОАО «ВНИИ металлургической

теплотехники», заслуженный

металлург РФ, д.т.н.

ВЫПИСКА ИЗ ПРОТОКОЛА

за № от июня 2011 г. заседания кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии»

СЛУШАЛИ: Ярошенко Ю.Г., д.т.н., профессора по поводу подготовленного

на кафедре к печатному изданию на 2011 г. материала в виде

учебного пособия объемом 3 п.л. « Теплообмен излучением»,

предназначенного для дисциплин «Физика», «Теплотехника»

АВТОРЫ:

Швыдкий Владимир Серафимович, д.т.н., профессор

Ярошенко Юрий Гаврилович, д.т.н., профессор

Юрьев Борис Петрович, к.т.н., доцент

Матюхин Владимир Ильич, к.т.н., доцент

Рецензент: Воронов Герман Викторович, д.т.н., профессор

Ответственный за выпуск Ярошенко Юрий Гаврилович, д.т.н.,

профессор

ПОСТАНОВИЛИ:

1.Издание предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 150100 - Металлургия в соответствии с рабочими программами по дисциплинам «Физика» и «Теплотехника».

2.Создается в порядке выполнения служебных обязанностей.

3.Замечания рецензента Воронова Г.В. учтены.

4.Рекомендовать данное учебное пособие к изданию тиражом 100 экз., исходя из ежегодного контингента студентов 98 чел. с расчетом использования в течение 5-7 лет.

5.Передать готовый продукт в библиотеку 98 экз., в РИО – 2 экз.

6.Замечания отсутствуют.

Заведующий кафедрой Н.А.Спирин

профессор, д.т.н.

Рукопись вычитана ответственным за выпуск Ярошенко Ю.Г.

Авторы гарантируют, что учебное пособие в таком виде не издавалось и исключительные имущественные права не передавались другим лицам. Авторы гарантируют право на публикацию под своей фамилией материалов и несут юридическую и финансовую ответственность в случае претензий, предъявляемых по авторским правам.

Авторы

______________В.С.Швыдкий _________________Б.П.Юрьев

______________Ю.Г.Ярошенко _________________В.И.Матюхин