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

ются в виде туннелей, в виде чаш параболической или сфериче­ ской формы, перфорированных и пористых плиток.

2. Металло-керамические излучающие огневые насадки пред­ ставляют собой керамические перфорированные или пористые плитки, над огневой поверхностью которых на расстоянии до 10 мм устанавливаются металлические сетки из жаростойких сталей.

Полное количество тепла, излучаемое в полусферу ГИИ, мо­ жет быть определено экспериментально, для этого всю поверх­ ность полусферы с центром в точке пересечения диагоналей из­ лучающей огневой насадки газового излучателя разбивают на ряд сферических поясов, как показано на рисунке 5—1. Подсчи-

Рис. 5—1. К экспериментальному определению суммарной полусферической излучательной способности

тывают площадь каждого сферического пояска по формуле

Л 42

ности излучения. Результаты измерений наносят в полярных координатах в виде индикатрисы плотности излучения.

Значение замеренной плотности излучения для данной пло­ щадки умножают на площадь площадки и суммируют произве­ дения .по всем площадкам пояса. Получают мощность излучения данного шарового пояса.

Просуммировав полученные результаты по всем поясам, по­ лучают общее количество энергии, излучаемое в полусферу дан­ ным ГИМ

пг

где dPi — мощность излучения, усредненная на данное пло­ щадке;

dFi —• площадь элементарной площадки.

Для более точного подсчета общей мощности излучения из­ мерения в точках полусферы производят в различных относи­ тельно радиометра положениях излучателя в горизонтальной плоскости.

§ 5—2. Излучающая поверхность огневых насадок

Среди различных типов огневых насадок беспламенных га­ зовых излучателей нашли наибольшее применение керамические огневые насадки, перфорированные цилиндрическими каналами.

Керамические перфорированные огневые насадки позволяют существенно увеличить тепловую мощность, повысить экономич­ ность газовых инфракрасных излучателей. Внешняя сторона ке­ рамической насадки нагревается до высокой температуры и яв­ ляется мощным источником инфракрасного излучения.

Излучающая керамическая огневая насадка при беспламен­ ном сжигании газа позволяет в широких пределах менять тем­ пературный режим в зоне горения, а с ним и поток лучистой энергии и величину теплоотдачи от радиационной поверхности.

Керамические огневые насадки могут быть различны по кон­ струкции: сетчатые, многотуннельные (для сжигания низкокало­ рийных газов), пористые проницаемые диафрагмы для высокого давления.

Диаметр и шаг каналов керамических перфорированных огневых насадок выбирается в зависимости от свойств сжига­ емого газа.

сжиженного газов диаметр каналов— 1,б-М,8 мм.

143

Излучающая огневая насадка обычно собирается из отдель­ ных плиток размером 7 0 Х 4 8 Х І 4 мм. Число их определяется тепловой мощностью излучателя.

Одним из основных параметров керамических перфориро­ ванных насадок являются диаметр каналов и суммарное живое сечение отверстий. Для высокотемпературных излучающих на­ садок используют плитки, огневая поверхность которых выпол­ нена в виде выступов и впадин.

Высокотемпературные газовые горелки могут работать в диа­ пазоне температур от 750° до 1500°С, с коэффициентом лучистой теплоотдачи от 62% до 30%.

Диаметр каналов таких керамических насадок не более 0,65 мм и суммарное живое сечение не менее 14%. Суммарное живое сечение широко применяемых перфорированных насадок составляет 30-т-40%.

іНасадки с металлическими сетками-стабилизаторами имеют диаметр каналов в керамической плитке 1,55 мм. Ее суммарное живое сечение составляет 39-М2% от всей площади насадки. Живое сечение металлической сеши-стабилизатора 63%, диа­ метр проволок l,2-f-'l,3 мм.

С увеличением удельной тепловой нагрузки возрастает плот­ ность излучения керамической перфорированной насадки, пер­ форированной цилиндрическими каналами, а также возрастает температура огневой поверхности.

Температура огневой поверхности перфорированной керами­ ческой насадки растет с увеличением диаметра огневых отвер­

циент живого сечения плитки (§ 2—4).

При диаметраіх каналов 0,85; 1,55; 1,75 мм величина коэф­ фициента живого сечения плиток составляет 0,27; 0,426; 0,467.

Температура поверхности керамики с сеткой-стабилизатором выше чем у керамической насадки без сетки-стабилизатора.

Радиационные свойства огневых насадок беспламенных га­ зовых излучателей в значительной степени зависят от свойств излучающих поверхностей: их степени черноты, поглощательной

иотражательной способностей [90].

Взависимости от той или иной конкретной задачи, которую выполняет газовый инфракрасный излучатель с перфорирован­

ной керамической огневой насадкой, часто необходимо знать не только средние радиационные характеристики излучающих по­ верхностей, но также некоторые характеристики, специфические перфорированным насадкам.

Плотность потоков излучаемой энергии, их угловое распре­ деление и спектральный состав зависят от состояния радиирующей поверхности огневых насадок, то есть от шероховатости

144

поверхности, окисной пленки, физического и химического загряз­ нений, а также от структуры твердого тела насадки [91].

Материал из которого изготовлена радиационная поверх­ ность огневых насадок беспламенных газовых излучателей в за­ висимости от длины волны излучения изменяет излучательные свойства. Керамическая масса огневых насадок состоит, в основ­ ном, из глин ;по составу близких .к шамоту и типоу. Для таких материалов спектральная степень черноты возрастает с увели­ чением длины волны [92].

Ввиду наличия локальных полос, испускаемых в спектре, из­ менение спектральной степени черноты гі в зависимости от дли­ ны волны не является монотонным и для отдельных участков спектра характерно наличие отклонений от общей тенденции роста степени черноты с увеличением длины волны.

На рис. 5—2 приведены ха­ рактерные для керамических материалов опытные данные степеней черноты гипса и ша­ мота в зависимости от длины

1 — гипс. 2 — шамот.

При увеличении температу­ ры излучающей поверхности ог­ невой насадки спектральная степень черноты изменяется

для керамических насадок очень слабо, практически ее можно считать постоянной [93]. Для металлов она изменятся в далекой инфракрасной области спектра пропорционально корню квадрат­ ному из абсолютной температуры [94]

ности огневой насадки к плотности излучения аналогичной пло­ щадки абсолютно черного тела при той же температуре, выра­ жается следующим соотношением:

ОО

о

(5,5)

о Г4

о

Интегральная степень черноты излучающей поверхности ке­ рамических огневых насадок может быть определена экспери­ ментально путем измерения величин Е и Е0. Ее можно также рассчитать по (5,5), если известна спектральная степень черно­ ты ex.

В таблице 5—1 приводятся экспериментальные данные по интегральной степени черноты ряда материалов, применяемых в огневых насадках при беспламенном сжигании газа [91].

146

излучения вводится поправочный множитель для полированных металли­ ческих поверхностей — 1, 2, для других тел с гладкой поверхностью — 0,956, для тел с шероховатой поверхностью — 0,98.

Анализ таблицы 5—1 показывает, что чистые полированные металлы имеют очень низкие значения степени черноты. Шеро­ ховатость и загрязнения увеличивают степень черноты. Окис­

ях

о*

2 — шамотные.

ГЛАВА VI. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ПЕРФОРИРОВАННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ОГНЕВЫХ НАСАДОК

§6—1. Распределение энергии собственного

излучения по отдельным направлениям

Общим конструктивным элементом газовых инфракрасных: излучателей с перфорированной керамической огневой насадкой является излучающая насадка, состоящая из большого числа сквозных цилиндрических каналов малого диаметра.

Определим количество энергии, излучаемое элементом огне­ вой насадки с излучающей площадкой dF и толщиной h. Энер­ гетическая яркость материала элемента огневой насадки вели­ чина постоянная и не зависит от направления излучения а.

Согласно закону Ламберта, количество тепла, излучаемое элементом насадки в направлении а в пределах телесного угла d(ù, будет

сти тела в нормальном направлении из материала огневой на­ садки.

При изменении направления излучения будет изменяться эф­ фективная поверхность излучения dF(a) элемента огневой на­ садки, которая будет оказывать существенное влияние на луче­ испускание насадки [97].

Исследуя влияние цилиндрических каналов в перфориро­ ванной керамической излучающей огневой насадке беспламен­ ных газовых горелок, рассмотрим качественную картину изме­

ная поверхность излучения увеличивается за счет внутренних стенок цилиндрических каналов [99].

При исследованиях принимаем, что при измерении интенсив­ ности излучения от огневой поверхности горелок положение тер­

149»

полностью проектируется межканальная перегородка, являю­ щаяся источником излучения, и выходное отверстие іканала, дающее нулевое излучение. Этот 'случай полностью исключает другие возможные взаимные положения приемника излучения и излучающей перфорированной керамической поверхности го­ релок, так как даже при малых линейных размерах диаметра выходного отверстия огневых каналов излучающей насадки го­ релок приемник излучения, имеющий небольшую термочувстви­ тельную площадку (0,8 мм2 у болометра ОПБ—5К института физики АН УССР) [100], перекроет или часть выходного отвер­ стия и перегородку імежду каналами, или попадет на само вы­ ходное отверстие, или на перегородку и на отверстие по обе стороны от нее. При любом из вышеперечисленны'х взаимных положений термочувствительной площадки измерительного при­

Рассмотрим элементарную площадку dF элемента излучаю­ щей перфорированной огневой насадки газовых горелок инфра­ красного излучения, имеющей температуру равную температуре поверхности до глубины h (рис. 6—1). 'Площадка dF имеет отвер­ стие dfo и некоторую поверхность dFcy, окаймляющую данное отверстие, нормальную огневому каналу.

При излучении в нормальном направлении к поверхности на­ садки излучают только межканальные перегородки dFCT. С из­ менением направления излучения эффективная поверхность излучения dF(a) площадки dF будет увеличиваться за счет участка внутренних стенок огневого канала, имеющих темпе­ ратуру излучающей поверхности. Эффективная поверхность излучения элементарной площадки dF будет

ней стенки огневого канала в направлении а на излучающую эле­ ментарную площадку dF.

Из рис. 6—1 видно, что проекция участка внутренней стенки «огневого канала, имеющей температуру, равную температуре излучающей поверхности до глубины h, на эту поверхность, представляет разность площадей огневого отверстия и удвоен­ ного кругового сегмента с длиной дуги, определяемой точками пересечения огневого отверстия с проекцией сечения огневого канала на глубине h.

150

Рис. 6—1. Схема изменения эффективной поверхности излучения за счет внут­ ренних стенок огневого канала

Как известно из аналитической геометрии [101], площадь

151