05-Теплообмен излучением

1 2 F1

F2

0< 2-1<1

Cприв< C0

C0=5.67 Вт/(м2*К4)

Формулу (**) применяют для расчётов приведённых коэффициентов излучения в печах в случае с прозрачной средой (вакуумные печи, электрические печи).

Применительно к печам:

е1=емат.

е2=екл.

1-2=цмат.-кл.

2-1= цкл.-мат.

В печах с прозрачной средой:

Cприв f мат ; кл ; мат кл ; кл мат

Лекция 9

13. Излучение через отверстие в стенке печи. Коэффициент диафрагмирования.

При расчётах теплового баланса печей часто потери теплоты излучением через загрузочные окна во время загрузки и выгрузки заготовок из печи.

Загрузочное окно печи можно рассматривать как систему из трёх тел, в которых происходит теплообмен излучением между двумя абсолютно чёрными поверхностями F1 и F2, соединённых адиабатной, т. е. идеально изолирующей поверхностью F3, которая является серой.

Если к этой системе F1, F2, F3 применить понятие об эффективном потоке излучения, то получим следующее уравнение для расчётов потерь теплоты излучением через это отверстие:

1 1 2

2

Ф – коэффициент диафрагмирования.

Численное значение Ф можно определить из графика, который обычно приводитсяв учебной или справочной литературе.

Часто записывают формулу в виде:

Ф

Если отверстие круглое, то оно определяется диаметром, высотой и толщиной стенки.

Прямоугольное отверстие определяется длиной, высотой и толщиной стенки.

1.щелевое отверстие a/b=0;

2.прямоугольное отверстие a/b=0,2;

3. прямоугольное отверстие a/b=0,5;

4.квадратное отверстие a/b=1;

14. Теплообмен излучением при установке экранов. Экранная теплоизоляция

Весьма эффективным способом теплоизоляции

высокотемпературных печей (электрических), в которых перенос теплоты происходит практически только за счет излучения, является установка экранов ограждающих зону высоких темпереатур. Использование экранной теплоизоляции позволяет существенно уменьшить результирующий тепловой поток, уходящий из печи в окружающую среду, т.е. снизить потери теплоты.

Имеются две большие параллельные плоские поверхности F1 и F2, расстояние между которыми мало по сравнению с их размерами.

εэ= ε1=ε2=ε.

При установке одного экрана поток уменьшается в 2 раза. Если установить

n экранов, то

1

Qn n 1Q1 2

15. Излучение газов в рабочем пространстве печи. Общие положения.

В пламенных печах процессы теплообмена в главной мере определяются излучением газов, образующихся от горения топлива и от физико-химических превращений перерабатываемого материала. Наибольшей излучательной и поглощательной способностью обладают многоатомные газы (CO2 ,H2O, SO2), заметное излучение имеет СО. В отличие от твёрдых тел со сплошными спектрами излучения, газы излучают излучают и поглощают лучистую энергию только в определённых интервалах длин волн, т. е. имеют полосчатые спектры излучения и, следовательно, обладают селективным (выборочным) излучением.

Выводы по таблице: 1 и 3 полосы накладываются друг на друга, 2 соседствуют. У Н2О 3 полоса значительно шире, чем у СО2.

Исследования показывают, что для газов закон СтефанаБольцмана неточен, т. к. плотность излучения зависит от

температуры не в 4 степени, а меньше.

СО2 –Т3,5 Н2О - Т3,0

Плотность собственного интегрального излучения СО2 и Н2О по экспериментальным данным выражается формулами:

где р – парциальное давление; l – средняя эффективная длина луча в данном объёме.

Для удобства технических расчётов и возможности применения формул единого вида, излучение газа также рассчитывают по закону Стефана-Больцмана, а возникающее при этом отклонения учитывают степени черноты газа.

вспомогательного графика.

1.0 1.5.

Он учитывает тот факт , что влияние парциального давления у Н2О на излучательную способность больше, чем влияние lэфф..

Интегральная степень черноты смеси газов определяется по формуле:

г СО2 SO2 * H2O ,

* H2O H2O .

Если в объёме находятся только СО2 и Н2О, то степень черноты

:

г CO2 SO2 .

Строго говоря, в эту формулу нужно вводить поправку Δε и

г CO2 SO2 .

Δε – учитывает положение 1 и 3 полос излучения СО2 и Н2О при их совместном пребывании в излучающем объёме.

При обычных соотношениях компонентов, которые имеются в печных газах , эта поправка Δε составляет от 2 до 4 %. Но эту поправку учитывают обязательно при больших значениях произведения p0*lэфф. (p0 – общее давление газа в объёме). lэфф. рассчитывают по формуле Невского:

4*V

l'эфф * ,где V – объём рабочего пространства печи; F –

F

поверхность всех стенок, ограничивающих объём; β – коэффициент эффективности газового излучения (эмпирический коэффициент от

0,7 до 0,9). Если β =0,9, то lэфф =3,6*V/F.

г f Tг; pг ;lэфф

Лекция 10

17. Теплообмен излучением в системе «серый» газ – замкнутая серая оболочка.

Рассмотрим замкнутую серую оболочку с равномерной температурой Т1 и степенью черноты 1, имеющую внутреннюю поверхность F1.

Внутри оболочки находится «серый» газ с равномерной температурой Тг и степенью черноты г . Дымовые газы движутся о дымоходу.

Нужно найти результирующий тепловой поток от газа к оболочке.

Всё эффективное излучение оболочки попадает в газ, но только часть его, пропорциональная Аг (поглощательная способность газа) поглощается.

так как для «серого» газа справедлив закон Кирхгоффа:

Аг= Г ,

то в соответствии с формулой:

Результирующий поток, отдаваемый газом оболочке, равен разности между собственным и поглощённым излучением, т. е.

Qг1 Qсоб.г Qпогл .

Следовательно,

(1)

Результирующий поток, отдаваемый газом, равен результирующему потоку, проходящему через оболочку, т. е.

Формулу (2) называют формулой Нуссельта и её применяют для расчётов лучистого потока от газа к рекуперативным трубам и к регенеративной насадке теплообменника.

Сложнее вывод формулы Г.Л. Поляка. По его формуле:

г.г - степень черноты газа при температуре газа;

г.1 - степень черноты газа при температуре стенки.

Считается, что формула (3) даёт более точный результат, чем формула (2).

18. Анализ путей интенсификации лучистого теплообмена в пламенных печах.

этот анализ сделаем с помощью формулы (2)

Интенсификация заключается:

1.В увеличение F1, но F1 определяется конструкцией печи и её излучение затруднительно;

2.За счёт снижения Т1, но Т1 определяется технологией, и её снижение ниже технологических значений невозможно.

3.За счёт повышения Тг.

1. Тг может быть повышена выбором оптимального коэффициента расхода воздуха ( -коэффициент избытка воздуха).

Lд L0

опт для газообразного топлива:

опт 1,05 1,15

Для жидкого:

опт 1,15 1,25

Для твёрдого:

опт 1,5 1,6

2.Использованием дутья, обогащённого кислородом.

Тг Qнр Qфв Qфт

Сп.г. *Vп.г.