20
.pdf
Центр дистанционного обучения
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лучистый теплоперенос между двумя |
||
|
|
|
Е |
|
|
Е |
|
|
|
телами |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Подстановка сюда значений Е1 и E2. по (г) дает |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Это выражение для плоских параллельных |
|
|
||||||||||||||||||||
поверхностей (F1 = F2 = F) принято представлять в |
|
|
||||||||||||||||||||
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
Рис.2. Расчетные схемы к |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формулам теплопереноса |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
или в более лаконичной форме - с использованием |
излучением: а - плоские |
|||||||||||||||||||||
понятия о приведенной степени черноты пр: |
параллельные поверхности, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б –выпуклая и охватывающая |
|||||||||||||
|
|
пр |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поверхность |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пр ≡ |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
11 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
online.mirea.ru |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Центр дистанционного обучения
Более общим случаем является теплообмен между телами произвольной формы - первым (выпуклым) площадью F1 и вторым, полностью его охватывающим, площадью F2. В этом случае, если расчет базировать на поверхности F1, расчетная формула записывается сходно, однако приведенная степень черноты выражается иначе:
пр
пр ≡ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Легко видеть, что при F1 = F2 (случай равных плоских параллельных или очень близких криволинейных поверхностей) формула переходит к исходному виду. Если же речь идет о потере телом теплоты в окружающее пространство за счет излучения, то положив для этого пространства F2 →∞, получим по: пр = ; далее расчет ведуr на основе поверхности F1.
12 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
На практике нередко лучистый теплоперенос происходит одновременно с конвективным; пример: потери в окружающую среду от поверхности нагретого технологического аппарата - излучением, а также естественной конвекцией (с коэффициентом теплоотдачи αк). В таких случаях иногда удобно произвести подмену задачи, записав теплоперенос излучением в манере конвективной теплоотдачи, т.е. ввести понятие о "коэффициенте теплоотдачи излучением" αл. Это делается путем формального приравнивания тепловых потоков, записанных в физически обоснованной форме и в форме, принятой для конвективной теплоотдачи:
|
пр |
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
л
пр
Далее можно использовать в расчетах "суммарный" коэффициент теплоотдачи αл + αк. Разумеется, в таком представлении связь Q и (Т1 - Т2) остается нелинейной, поскольку αл сложным образом зависит от уровней температуры и температурного напора.
13 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Экранирование
Экраны в химической технологии, в энергетике, в металлургии чаще всего устанавливают, когда нужно понизить интенсивность лучистого теплопереноса между теплообменными поверхностями или от поверхности к окружающей среде. Кроме того, иногда наличие экрана присуще самой технологической системе. Во всех этих случаях необходимо уметь рассчитать воздействие экрана на интенсивность теплопереноса. Подход к расчету эффекта экранирования рассмотрим (рис. 3) на примере стационарного лучистого теплопереноса для двух плоских параллельных поверхностей, между которыми расположен тонкий экран Э - его степень черноты э. Температуры излучающих поверхностей - Т1 и Т2 (пусть Т1 > Т2); температура обеих поверхностей экрана Тэ - одинакова (так как экран тонкий).
Рис.3. Схема экранирования (плоский экран)
14 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Экранирование
Лучистые потоки теплоты от горячей поверхности №1 к экрану и от него к более холодной поверхности №2 составят:
э |
|
пр |
|
|
|
и |
э |
|
пр |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
э |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
и |
пр |
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1 |
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
|
||
В случае |
стационарного |
теплопереноса |
|
э |
= |
э = э . |
||||||||||||||
Используя уже известный прием, исключим неизвестную заранее величину Тэ:
|
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
э |
|
|
пр → |
|
э |
|
|
1 |
1 |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
|
|
|
пр |
|
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
э |
|
|
|
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
э |
|
|
|
|
||||||||||||
1 |
|
|
1 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
пр.э |
|
|
||||||
|
|
пр |
|
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рис.3. Схема экранирования (плоский экран)
15 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Для выявления эффекта экранирования следует сопоставить лучистые потоки теплоты без экрана и с экраном. При отсутствии экрана выражение содержит множитель пр рассчитываемый. Раскроем значение соответствующего множителя при наличии экрана:
|
пр.э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(л) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
пр |
пр |
|
э |
э |
|
|
|
э |
||||||||||||||||
Очевидно, что |
пр.э |
< |
пр: знаменатель выражения (л) явно больше, нежели выражения |
|||||||||||||||||||||||||
(6.28), поскольку |
э ≤ |
1. |
Это означает, |
что наличие экрана понижает интенсивность |
||||||||||||||||||||||||
лучистого теплопереноса: Qэ < Q, где Q - тепловой поток в отсутствие экрана. Для оценки |
||||||||||||||||||||||||||||
степени этого |
понижения |
|
примем, |
что |
пр |
= |
пр |
= |
|
пр · Тогда пр.э пр/2 , и, |
||||||||||||||||||
следовательно, Qэ=Q/2 - установка одного экрана вдвое понизила интенсивность лучистого потока теплоты. Тот же анализ ситуации с двумя, с тремя, с N параллельными экранами приводит при одинаковых прк соотношению:
э# 1 $
Для системы тел, изображенных на рис. 1б, с установкой экрана между телами (он охватывает меньшее из них) анализ усложняется. Его надо вести с учетом излучающих поверхностей F1, F2 и экранирующей поверхности Fэ (причем F1 < Fэ < F2).
16 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Об излучении газов
С проблемой излучения газов (значит и поглощения ими лучистой энергии) химическая технология встречается при осуществлении высокотемпературных процессов. Одно- и двухатомные газы - диатермичны (теплопрозрачны); однако трех- и многоатомные газы и пары обладают способностью теплоизлучения и теплопоглощения в определенных диапазонах длин волн (эти диапазоны зависят от природы газа, его температуры и давления). Пожалуй, наиболее часто в химической технологии приходится учитывать излучение-поглощение в среде водяного пара и диоксида углерода, а в процессах обжига - и диоксида серы. Для технических расчетов лучистого теплопереноса межу газом (чаще всего - горячим, температура Тг) и телом (температура Т, поверхность F, степень черноты т) используют формулу:
′ пр |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
1 |
1 |
||
|
|||||
|
|
|
|||
|
г |
т |
|
||
Рис. 4. Влияние основных факторов на степень черноты СО2
17 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Об излучении газов
′ пр |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
1 |
1 |
||
|
|||||
|
|
|
гт
Нахождение т затруднений не вызывает; проблема состоит в определении интегральной (результирующей по всем волновым диапазонам) степени черноты газообразной среды г , специфичной для каждого газа, пара и существенно изменяющейся с температурой. Кроме того, интенсивность излучения (поглощения) зависит от частоты взаимодействия теплового луча с молекулами (атомами) газообразной среды, значит от давления газа р и толщины газовой прослойки l; обычно влияние этих факторов учитываю совместно - в виде произведения (рl). На рис. 4 (на примере СО2) иллюстрируется влияние основных параметров на г. Заметим, что для водяных паров значения г заметно выше, чем для СО2. Степень черноты смеси газов не является аддитивной величиной.
Рис. 4. Влияние основных факторов на степень черноты СО2
18 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Список литературы
•Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс : учебник : в 2 книгах / В. Г. Айнштейн, М. К. Захаров, Г. А. Носов [и др.] ; под редакцией В. Г. Айнштейна. — 8-е изд., стер. — Санкт-Петербург : Лань, [б. г.]. — Книга 1 : Книга 1 — 2019. — 916 с. — ISBN 978-5-8114-2975-2. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/111193 (дата обращения: 11.04.2020).
•Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс : учебник : в 2 книгах / В. Г. Айнштейн, М. К. Захаров, Г. А. Носов [и др.] ; под редакцией В. Г. Айнштейна. — 8-е изд., стер. — Санкт-Петербург : Лань, [б. г.]. — Книга 2 : Книга 2 — 2019. — 876 с. — ISBN 978-5-8114-2975-2. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/111194 (дата обращения: 11.04.2020).
19 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Спасибо за внимание!
20 online.mirea.ru