книги из ГПНТБ / Брюханов О.Н. Вопросы теплофизики при беспламенном сжигании газа

называют законом Стефана-Больцмана, который был установ­ лен опытным путем в 1879 году Стефаном и теоретически дока­ зан в 1881 году Больцманом.

Следует помнить, что закон Стефана-Больцмана относится к полному тепловому излучению. Количество энергии, испуска­ емое абсолютно черным телом в пределах ограниченных полос спектра, растет с температурой по-разному, в зависимости от местоположения и ширины этих полос. Поскольку возрастание интенсивности в коротковолновой части спектра круче, чем в длинноволновой, качественный состав полной испускаемой энергии с увеличением температуры изменяется. Если вплоть до температуры 7^1500—2000°К подавляющая часть испускаемой энергии лежит в инфракрасной области, то при температуре около 6000°К почти половина всей энергии воспринимается

ввиде света и близкого к нему ультрафиолетового излучения. Для удобства расчетов закон Стефана-Больцмана записыва­

ют обычно в следующем виде:

Серым излучением называется такое температурное излуче­ ние, кривая спектральной интенсивности которого по форме оди­ накова с кривой спектральной интенсивности для абсолютно черного тела при той же температуре, но значения интенсивно­ сти излучения для каждой длины волны при любой температу­ ре ниже (меньше) соответствующих значений для абсолютно черного тела. Для серых тел применимы законы, выведенные для изучения черного тела. По интенсивности эти изучения раз­ личаются только постоянным множителем, не зависящим от К. Закон Стефана-Больцмана для серых тел записывается в виде:

(4,21)

332

где С — коэффициент лучеиспускания серого тела.

Этот коэффициент всегда меньше коэффициента лучеиспускания для абсолютно черного тела Со=4,96 ккал/м2 • час°К. Сравнивая

Такое сведение законов лучеиспускания абсолютно серого тела к законам, относящимся к абсолютно черному телу, явля­ ется строгим лишь в той мере, в какой строго постоянной, не за­ висящей от температуры, остается степень черноты. Степень черноты (коэффициент поглощения) реальных серых тел не­ сколько изменяется с температурой, поэтому коэффициент луче­ испускания С в формуле (4,21) в действительности есть некото­ рая слабая функция от температуры. В результате лучеиспуска­ тельная способность пропорциональная температуре Т в степе­ ни, немного отличающейся от четырех.

Впрактических расчетах обычно закон четвертой степени сохраняют.

Вряде случаев даже практически нельзя принимать излу­ чение тела за серое излучение, при этом различают излучение непрерывного и полосатого спектра. Излучение такого-рода на­ зывается селективным (избирательным).

Для селективных излучателей закон Стефана-Больцмана уже неприменим. В данном случае Е не будет пропорциональна Т'\ Энергию излучения селективных излучателей определяется по закону:

ми тела устанавливается законом Кирхгофа, который формули­ руется так: отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной способности для всех тел одинаково и рав­ но излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от температуры.

133

Математически это может быть записано так:

откуда

Закон Кирхгофа в одинаковой мере справедлив как для пол­ ного (интегрального) излучения, так и для монохроматического:

Из закона Кирхгофа следует:

1.При любой температуре лучеиспускание абсолютно чер­ ного тела выше лучеиспускания любого другого тела при той же температуре.

2.Лучеиспускательная способность тел тем меньше, чем больше их поглощательная способность.

3.Если при определенной длине волны тело не поглощает энергию, то оно и не излучает ее на этой длине волны.

134

Если излучательная способность тела зависит от его поверх­ ности и температуры, то поглощательная способность тела, по­ мимо этих факторов, зависит от спектрального состава излуче­ ния, падающего на тело.

Для получения сравнимых результатов поглощательная спо­ собность различных тел при какой-либо температуре должна определяться по отношению к одному и тому же спектральному составу падающего излучения.

Только при этих условиях поглощательная способность тела будет численно совпадать с величиной его степени черноты при

В отличие от абсолютно черного тела, которое обладает толь­ ко собственным излучением, все нечерные тела, находясь в лу­ чистом теплообмене с другими телами, способны не только излу­ чать, но и отражать часть падающего на них излучения других тел. Поэтому при расчетах лучистого теплообмена нечерных, непрозрачных тел ( D = 0 ) , обычно широко используется, так на­ зываемое, эффективное излучение тел, равное собственному из­ лучению тела £ С о б и отраженному излучению падающего извне излучения от других тел £ 0 т р (рисунок 4—9)

(радиометрами, актинометрами); оно больше собственного из­ лучения на величину £ 0 т р .

Результирующее излучение тела или его теплообмен с окру­ жающими пространством могут быть определены по разности поглощенного телом излучения извне и собственного излучения,

135

если в процессе теплообмена излучением тело нагревается, по­ лучая тепло от более горячих окружающих его предметов.

Метод расчета энергии, полученной телом, предложен По­ ляком Г. Л. и назван им методом лучистого сальдо [84].

Тепло q, полученное телом, можно определить как небаланс

где £пад есть энергия, падающая на поверхность тела извне.

Эта формула является исходной во всех случаях применения метода лучистого сальдо.

§ 4—2. Простейшие случаи теплообмена излучением

Рассмотрим случай теплообмена между двумя параллельны­ ми пластинами (рисунок 4—10). Согласно постановке задачи, падающая на одну пластину энергия равна всей эффективной энергии другой пластины, вследствие чего можно написать, счи­ тая первую пластину более горячей, чем вторая, что

136

Учитывая (4,35), получаем

причем,

Решая уравнение (4,37), относительно q\A, получим

Учитывая тот же закон Кирхгофа, можно вместо приведен­ ного коэффициента поглощения ввести приведенную степень

Заметим, что еп меньше меньшей из величин еі и &z- или

137

Определяем средний угловой коэффициент фі>2, для первого тела из выражения

Можно изменить порядок интегрирования и аналогичным обра­ зом прийти к определению среднего углового коэффициента для второго тела

139

= ^ х - С а [(те)-(т^)4 ]-^ Н.53)

Средние угловые коэффициенты являются геометрическими па­ раметрами, значение которых определяется формой излучаю­ щих поверхностей, размерами, взаимными расположением и расстоянием между ними.

Формулами (4,53) определяется только прямой лучистый теплообмен между поверхностями Л и F2.

Может быть так, что поверхности Fi и F2 не абсолютно чер­ ные.

Строго говоря, эти формулы верны при условии, что каждое из двух тел 1 и 2 находится в лучистом теплообмене с одним единственным телом, противостоящим ему. Поэтому, строго го­ воря, поверхности Fi и F2 должны образовывать замкнутую си­ стему.

Объединяя 3 последние формулы, имеем

Решая (4,56) относительно Qi,2, находим количество тепла, из­ лучаемое между двумя телами.

140

ГЛАВА V. ИЗЛУЧАЮЩИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОГНЕВЫХ НАСАДОК

§ 5—1. Классификация излучающих огневых насадок

Работа горелочных устройств инфракрасного излучения ос­ нована на принципе короткофакельного или беспламенного сжи­ гания газа. Беспламенное сжигание газообразного топлива до­ стигается путем предварительного смешения его с воздухом и подогрева газовоздушной смеси до температуры воспламе­ нения.

При беспламенном сжигании газа в горелках с керамически­ ми, металло-керамическими или металлическими огневыми на­ садками часть насадки, на поверхности которой происходит про­ цесс горения, нагревается до температуры 800—900°С, и, как всякое раскаленное тело, становится мощным источником лучи­ стой энергии в инфракрасной области спектра, поэтому беспла­ менные газовые излучатели называют также газовыми инфра­ красными излучателями (ГИИ).

Коэффициент отдачи тепла лучеиспусканием у беспламенных газовых излучателей в зависимости от температуры в зоне го­ рения достигает 30—60%. В отличие от факельных и пламен­ ных горелок сжигание газа в беспламенных горелках происхо­ дит более совершенно: в продуктах сгорания почти полностью отсутствуют токсичные газы, смолы, сажа, что позволяет в ря­ де случаев выпускать продукты сгорания непосредственно в по­ мещения, занятые людьми, обеспечивать теплоснабжение про­ изводственных и коммунальных установок и помещений.

В настоящее время в нашей стране выпускается и разрабо­

садки газовых инфракрасных излучателей можно классифици­ ровать следующим образом — по материалу радиационной по­ верхности:

1)керамические;

2)металло-керамические;

3)металлические.

1. Керамические излучающие огневые насадки изготавлива-

141