24 Теплообмен излучением между плоскими параллельными телами, разделёнными прозрачной (диатермической) средой

Рассмотрим излучательную систему, состоящую из двух серых тел 1 и 2. Поверхности этих тел параллельны и имеют большой размер по сравнению с расстоянием между ними. В этом случае угловые коэффициенты излучения

.

В ся излучаемая энергия первым телом попадает на поверхность второго тела. Заданы: t, A, E. Будем считать, что . Если проследить движение лучистой энергии, испускаемой первым телом Е₁, то (увидим, обнаружим, заметим …), что часть этой энергии поглотиться вторым телом, а отразиться им, и в количестве поглотиться первым телом и т.д. Аналогично получается и для второй поверхности, только индексы меняются местами. Расчёт лучистого теплообмена базируется на двух основных методах.

Первый метод – это метод многократных отражений или метод Сальдо. Он связан с громоздкими вычислениями, и поэтому для сложных геометрических систем использовать его затруднительно.

Второй метод рассматривает конечные эффекты теплообмена между телами. Для того чтобы найти результирующий тепловой поток q_1,2, который первая поверхность передаёт второй, необходимо, во-первых, из первоначальной энергии Е₁ вычесть то, что возвращается и снова поглощается, и, во-вторых, вычесть ту энергию, которая поглощается из излучения второй поверхности. В итоге мы получим:

. (4.15)

Этот же результат можно получить, если рассматривать эффективное излучение поверхностей:

,

. (а)

Решая систему уравнений (а) относительно Е_эфф1 и Е_эфф2 получаем:

, (б)

. (с)

Отнимая от (б) (с) мы получаем формулу (4.15).

Согласно закону Стефана-Больцмана:

,

.

Подставляя это в формулу (4.8) мы получаем:

или , (4.16)

где ,

,

(приведённый коэффициент поглощения системы)

Т.к. согласно закону Кирхгофа , то приведённая степень черноты двух параллельных плоскостей

.

Полный результирующий поток тепла между двумя параллельными плоскостями, разделёнными прозрачной или деатермичной средой определяется из выражения:

, [Вт]. (4.17)

25 Теплообмен излучением в поглощающей среде

Излучение газов отличается от излучения твёрдых тел. Газы излучают и поглощают лучистую энергию селективно, т.е. в определённом интервале длин волн. Одноатомные и двухатомные газы являются прозрачными или деатермичными по отношению к тепловым лучам. Трёх- и многоатомные газы (СО₂, Н₂О, NH₃) селективно излучают и поглощают лучистую энергию, а так как продукты сгорания органического топлива (природного газа, нефти, мазута) содержат СО₂ и водяной пар, то продукты сгорания являются поглащающей и излучающей средой, причём поглотительная способность газов зависит от температуры газа, парциального давления и произведения парциального давления на длину пути луча .

,

где V – объём камеры; F – полная поверхность этой камеры.

Как угловые коэффициенты , так и длина луча для различных способов расположения ссадки в печи, а также для различных трубных пучков приводятся в специальной литературе.

На основании законов Кирхгофа тело излучает энергию лишь тех длин волн, которые оно поглощает, следовательно, излучательная способность газов также зависит от температуры газа и произведения парциального давления на длину пути луча.Согласно опытным данным излучательная способность для углекислого газа и водяного пара определяется следующей формулой:

(4.19)

Как правило, органическое топливо сжигают при атмосферном давлении В. Парциальное давление любого компонента

.

Объёмная доля r_i – отношение объёма i-го компонента к объёму всей смеси. Выражение (4.19) показывает, что плотность потока излучения СО₂ и Н₂О отличается от закона Стефана-Больцмана, согласно которому:

.

В литературе приведены графики для определения степени черноты СО₂ и водяного пара в зависимости от температуры и произведения р_парц  . Продукты сгорания содержат О₂, СО₂, N₂, HО₂.

Плотность потока излучения газа, находящегося при t_газа определяется из выражения:

, . (4.20)

Степень черноты газов в общем случае определяется

, (4.21)

где  – поправочный коэффициент на парциальное давление водяного пара, который также определяется по графику.

_г – поправка, учитывающая взаимное излучение и поглощение СО₂ и Н₂О (полосы Н₂О частично наклоняются на полосы СО₂). Полосы Н₂О шире, чем спектры СО₂ почти в 1,5 – 2 раза, поэтому .

Предельные значения степени черноты Н₂О и СО₂ при 1000С: , .

В практических расчётах .