4.3. Степень черноты газов

Излучение газов отличается тремя особенностями:

излучение газов не подчиняется закону Стефана–Больцмана;

• в значительном количестве излучают и поглощают трехатомные газы, а также газы с большим числом молекул и в небольшом количестве двухатомные газы с несимметричной молекулой (СО, НСl);

• процессы излучения и поглощения газов протекают в объеме;

• излучение многоатомных газов - селективное (избирательное), т.е. спектр их излучения несплошной

Степень черноты газов (продуктов сгорания) зависит от их температуры (t_г) и парциального давления излучающих газов. В продуктах полного горения излучающими компонентами являются трехатомные газы - пары воды Н₂О и диоксид углерода СО₂. Парциальное давление излучающих газов определяют из расчета горения топлива. Например, если по расчету в продуктах сгорания содержание излучающих газов составляют СО₂=10% и Н₂О=15%, то их парциальные давления составят:

Величину эффективной длины пути луча определяют по [3,5] или по формуле:

(123)

где V - объем, заполненный излучающим газом, м³;

F - поверхность всех “стенок”, ограничивающих этот газовый

объем, м².

Отношение задают или определяют предварительно из чертежа аналогичной печи [7].

Далее определяют произведение ∙S_эфф и ·S_эфф и по прил. 7, 8, 9 определяют степень черноты СО₂ и Н₂О по температуре газов в рассматриваемой зоне рабочего пространства печи [2–5].

Степень черноты газов определится как сумма степени черноты

, (124)

где - поправочный коэффициент, определяется по графикам [3-5].

Расчет степени черноты газов смеси H₂O и CO₂ можно провести по упрощенной методике [4,5].

(125)

где - коэффициент ослабления лучей в смеси, определяемый

эмпирической формулой.

(126)

где - суммарное парциальное давление водяного

пара и углекислого газа, МПа;

- эффективная длина луча, м;

- температура газа, .

Применяемая методика согласована с номограммами и правомерна в следующем диапазоне параметров:

(127)

При светящемся пламени коэффициент К будет складываться из коэффициентов ослабления лучей газами и светящимися частицами

(128)

4.4. Расчет параметров внешнего теплообмена

Расчет внешнего теплообмена сводится к определению приведенного коэффициента излучения: С_печ, С_пр или С_гкм, Вт/м²∙К⁴. При расчете теплообмена в высокотемпературных промышленных печах (t>900^oC) определяющим видом переноса теплоты от газов к металлу является излучение (радиация). Раб очее пространство таких печей заполнено газовой средой (продуктами горения), являющейся источником или посредником переноса тепловой энергии. Результирующий тепловой поток к нагреваемому металлу в печах непрерывного действия можно представить как

, (129)

где - коэффициент излучения абсолютно черного

тела;

- приведенная степень черноты.

Приведенная степень черноты рассчитываемой системы определяется по формуле В.Н. Тимофеева [4]:

(129)

где - степень развития кладки;

- степень черноты соответственно металла и продуктов

горения.

Для печей со сводовым отоплением плоскопламенными горелками слой газов в зонах горения и теплообмена можно принять плоскопараллельным бесконечной протяженности. Тогда эффективная толщина слоя S_эф определяется по формуле:

(124)

Толщина слоя горения принимается в соответствии с рекомендациями [3,4] Н' = 0,05 - 0,1 м. Тогда толщина слоя теплообмена Н", с учетом толщины металла , определяется как:

(125)

где - расстояние между подом и сводом печи, м. При сводовом отоплении высоту рабочего пространства по данным работ [3, 4] можно принять в пределах 1,0 - 1,4 м.