4.4.2. Лучистый теплообмен между газом и оболочкой

Данный случай имеет практическое значение при расчете теплообмена между факелом и экранируемой стенкой, высокотемпературными продуктами сгорания и каналами по которым они движутся.

Пусть имеется объем газовой среды, ограниченный изотермической серой поверхностью и . Определяем результирующее излучение на стенку для поверхности этой стенки .

Проведем мнимую проницаемую поверхность, бесконечно близко прилегающую к оболочке. Эту поверхность пронизывают встречные тепловые потоки . Следовательно, можно записать

,

здесь , поскольку имеет место лучистый теплообмен между двумя условно параллельными поверхностями. Тогда:

Рис. 4.13. К расчету теплового потока от излучающего газа на стенку

Ранее показано, что

.

Кроме того, справедливо равенство:

.

После подстановки и решения относительно имеем

(4.38)

Полученное выражение можно представить в виде:

(4.39)

(4.40)

(4.41)

Здесь _пр и _пр – соответственно приведенный коэффициент излучения и приведенная степень черноты рассматриваемой системы теплообмена.

4.4.3. Теплообмен излучением между двумя поверхностями, разделенными поглощающим газом

Рис.4.14. К расчету теплообмена излучением при наличии

поглощающего газа

Рассмотрим систему, включающую две параллельные бесконечно длинные и широкие поверхности, расположенные на расстоянии L одна от другой. Поверхности имеют постоянные температуры () и поглощательные способности - . Для описанных условий теплообмена необходимо найти плотность результирующего потока на вторую поверхность .

Из условия теплообмена следует, что поглощающая среда, находясь в тепловом равновесии по отношению к излучающим поверхностям, может передавать равно столько тепловой энергии, сколько сама ее поглощает, то есть:

С учетом симметрии канала будем считать, что поверхностная плотность теплового потока излучения падающая на поверхность 1 или 2 складывается из прошедшего через слой газа потока эффективного излучения противоположной стороны и половины излучения газа

.

Результирующий поток на поверхность 2 согласно определению равен:

.

Подставляя выражение в предыдущую формулу, получим:

.

С учетом того, что , результирующий поток на поверхность 2 составит:

.

После преобразований выражение принимает вид

.

Так как и , получим

.

Проведем преобразование выражения в круглых скобках:

.

С использованием результата преобразований уравнение принимает вид:

. (4.42)

При лучепрозрачной среде () выражение принимает вид уравнения лучистого теплообмена двух параллельных пластин, между которыми лучепрозрачная среда:

.

Сравнение этих выражений показывает, что поглощающий слой между пластинами существенно изменяет величину результирующего теплового потока. Так если , то результирующий тепловой поток на 14% ниже, чем при лучепрозрачной среде.