Средняя длина лучей для газов, заполняющих объем различной формы

Форма объема, заполненного газом

Цилиндр —высота равна диаметру, излучение на боко- вую гюверхность

Цилиндр — высота равна оо

Шар диаметром й

Плоскопараллельный газовый слой толщиной Л и бес-

. конечных диаметров

Куб со стороной Л ;

Пучок труб:

с расстоянием между поверхностями труб / и прн расположении их по треугольнику 1 = й . . . .

по треугольнику / = 2гі

по квадрату 1-й.

0,6а( 0,9а( О.бдГ

1.8Л 0.6Л

2,8/ 3,8/ 2.5/

Давление продуктов сгорания обычно принимают равным 1 бар, поэтому парциальные давления трехатомных газов в смеси определяют по уравнениям р_Со, = 'со, и р_Нго = /"що, " где г — объемная доля газа.

Средняя температура стенки подсчитывается по уравнению

Т_ст = Г_ст + Т"_ст/2, (29-21)

где Тст — температура стенки канала у входа газа; Т'ст — температура стенки канала у выхода газа. Средняя температура газа определяется по формуле

Уст-|- Уст | (Уг— Тст)— (Уг— Уст)

(29-22)

(У г— Уст)

где Т'_г — температура газа у входа в канал; Т"_г — температура газа у выхода из канала;

знак плюс берется в случае охлаждения, а минус — в случае нагре­вания газа в канале.

Расчет теплообмена излучением между газом и стенками канала очень сложен и выполняется с помощью целого ряда графиков и таб­лиц. Более простой и вполне надежный метод расчета разработан Шаком, который предлагает следующие уравнения, определяющие излучение газов в среду с температурой 0°К:

<7со,= 4,07 У"р1{ Г/100)^3,5, (29-23) ?н,о = 40,7 р⁰-⁸ я⁰-* (Т/100)³, (29-24)

где р — парциальное давление газа, бар; в — средняя толщина слоя газа, м; Т — средняя температура газов и стенки,.⁰ К.

Анализ приведенных уравнений показывает, что излучательная способность газов не подчиняется закону Стефана — Больцмана. Излучение водяного пара пропорционально Т³,а излучение углекисло­го газа — Г^3,5.

По этим же формулам вычисляется теплота, поглощаемая газами от излучения стенок канала, но вместо средней температуры газов в них берется средняя температура стенок канала.

Таким образом, количество теплоты, воспринятое стенками канала в результате теплообмена излучением между газом и стенкой, на- ходим из уравнения - ■

<?_Изл = е_ст (</_Р - <?ст), ^Ч" (29-25) где бет — эффективная степень черноты поверхностей канала 8с_Т =' _ е_ст + 1 . ^ — количество теплоты, излучаемое углекислым газом

и водяным паром при средней температуре газа; ^_Ст — количество теп­лоты, поглощаемое углекислым газом и водяным паром при средней температуре стенок канала.

• Полученный суммарный тепловой поток излучением *7_ИЗЛ исполь­зуется для определения коэффициента теплоотдачи излучением:

9иэл

(29-26)

Многие авторы для практических расчетов излучения газов ре­комендуют ^пользоваться законом четвертых степеней, или законом Стефана — Больцмана.

Расчетное уравнение лучистого теплообмена между газом и стен­ками канала в этом случае имеет следующий вид:

9₁₁зл = естСЛе_г(Г_г/100)*-_е;(Г_ст/100)*], . (29-27)

где е_с'_т = ■ ^СТ₂^ эффективная степень черноты стенок канала,

учитывающая излучение газа; С₈ = 5,77'— коэффициент излучения

абсолютно черного тела, вт/[м² •. (°К)⁴1; е_г = — отношение количества энергии излучения газа к количеству энергии излучения абсолютно черного тела и отнесенное к 1 м^г поверхности; е_гопределяет­ся по формуле

е, = £со₂ + Рен₂о — Д^;

величины е_Со_а, ен,о и р определяют по графикам на рис. 29-7, 29-8 и 29-9;

Де_г — поправка., учитывающая взаимное поглощение энергии излу­чения газами; для дымовых газов эта поправка составляет 2—4%, поэтому ею обычно пренебрегают; р — поправочный коэффициент, учитывающий более сильное влияние парциального давления по срав­нению с влиянием толщины слоя газа; Т_Г — средняя температура газа, °К; е_г' = есо₂ + ре/^о — поглощательная способность газа при

средней температуре стенок канала;, определяется по тем же графикам; Т_ст — средняя температура стенок канала, °К. Эффективная толщина слоя газа я берется по табл. 29-2.

В дальнейшем д„_зл используется для определения коэффициента теплоотдачи излучением в формуле (29-26).

§ 29-7. Сложный теплообмен

Обычно передача теплоты от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой происходит через разделительную стенку. При этом в передаче теплоты одновременно принимают участие все

виды теплообмена — теплопровод­ность, конвекция- и излучение, ко­торые были подробно изучены в пре­дыдущих главах. Теплообмен, учи­тывающий все виды теплообмена, называется сложным теплообменом (рис. 29-10). „ ■ .

Количественной характеристикой процесса теплообмена от газа к стен--ке (или наоборот) является суммар­ный коэффициент теплоотдачи а = = а_к + а_и, где а_н учитывает переда­чу теплоты теплопроводностью и кон­векцией, а а_и — передачу теплоты из­лучением.

Плотность теплового потока рас­считываемого теплового аппарата определяется по уравнению

? = а(/_Р-*с), . (29-28)

где а суммарный коэффициент теплоотдачи. Этот коэффициент "входит в уравнение коэффициента теплопередачи.

В этом случае уравнение коэффициента теплопередачи для пло­ской стенки принимает, вид

1 " 1

а, Л,

1

+ —

_{+ 2}

X «_кг-|-а_иг

^аК1 -|"^аИ1

В дальнейшем будем обозначать буквой а, или а₂ суммарный коэф­фициент теплоотдачи, учитывающий конвекцию, теплопроводность и излучение.

§ 29-8. Теплообмен излучением в котельных топках

Сгорание топлива в топочных устройствах сопровождается обра­зованием газов с высокой температурой, которые могут передавать излучением большое количество теплоты. Поэтому роль лучистого теплообмена в топках современных котлов весьма велика и общая передача теплоты излучением на стенки котельных труб доходит до 50% и больше от всей теплоты, выделяемой при сгорании топлива. Лучистый теплообмен в топках по своей интенсивности во много раз превышает конвективный теплообмен при средних скоростях переме­щения газов.

Процесс эффективного излучения и конвективного теплообмена происходит одновременно с процессом- горения топлива, что значитель­но усложняет изучение и расчет топок.

Советскими теплотехниками были разработаны методы расчетов теплопередачи в котельных топках, основанные на большом экспе* эиментальном материале, и предложены практические расчеты топок ю эмпирическим формулам (В. Н. Тимофеев, А. М. Гурвич и др.). Эбычно расчет топки заключается в определении температуры дымо-зых газов на выходе из камеры горения котла. В 1949 г. в Энергети­ческом институте АН СССР его сотрудниками, проф. Г. Л. Поляк и 2. Н. Шориным, была предложена сравнительно простая формула для эасчета этой температуры:

еК, (6Î — 0г) + ej— 1 = 0,

где = ТУ Г, — безразмерная температура дымовых газов на вы* коде из топки; 7\ — температура дымовых газов на выходе из топки, ³К; Т_т — теоретическая температура горения тоцлива', °К; 0₂ = = TJT_l — безразмерная температура котельной стенки; Т₂ — тем-1ература стенок топки, °К; е — условный коэффициент черноты излу­чения в топочной камере, учитывающий все особенности теплообмена излучением движущейся, горящей и излучающей среды, усреднение температуры и конвективный теплообмен со стенками;

■ ■ .„ 5,77-Ю-⁸ F_aT_r ,

К_т = —¹ , —топочный критерии,

BV_r Ст.г

где F_n — тепловоспринимающая поверхность стенок топки; В — часовой расход топлива; V_r — количество получаемых продуктов ггорания, м³/кг; Ст. _г — средняя объемная теплоемкость продуктов :горания в интервале температур Т_Г —' T_t.

Для многих промышленных топок при значениях топочного^ кри­терия К_т — 0—2 величину е можно приближённо принимать равной ï « 0,85. -

, Условный коэффициент черноты е должен отражать конструктив- ные формы топки, способы сжигания топлива в ней, особенности рас- положения излучающих поверхностей, характер движения топочных газов. ' ' ' • • ' - . . :_Л

Более подробные сведения по расчету топок см. «Тепловой расчет-котельных агрегатов» (нормативный метод), М., ГосэнергоизДат, 1957 г. ^;.