738
.pdf
|
2 g |
ж |
|
п |
r 0,25 |
|
|||||||
ср |
0,725 |
|
|
|
|
|
|
|
|
t . |
|||
|
|
T d |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
В формулах (7.26...7.28) обозначено: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Z - комплекс, определяемый из выражения |
|
||||||||||||
|
Z H T |
|
|
|
|
|
п |
1/ 3 |
|
||||
|
|
g |
1 |
|
|
|
; |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
r |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
ж |
|
|
|
|
|
|
ж |
|
|
εt - поправка на переменность физических свойств конденсата, εt = ст / 3 / ст 1/8 ;
(7.28)
(7.29)
(7.30)
r – удельная теплота парообразования;
ρж, ν, μ, λ и Рrж – соответственно, плотность, вязкость (кинематиская и динамическая), теплопроводность и критерий Прандтля при температуре жидкости;
Н, d – высота стенки, диаметр трубы; ∆Т – температурный напор;
λст, μст, Рrст – физические свойства конденсата при температуре стенки; g – ускорение земного притяжения.
При вынужденном течении пара относительно поверхности конденсации поток оказывает динамическое воздействие на пленку. В результате толщина конденсатной пленки уменьшается, если пар движется в направлении действия гравитационных сил и увеличивается при движении пара снизу вверх. Соответственно, увеличивается или уменьшается коэффициент теплоотдачи.
141
Глава 8 Лучистый теплообмен
8.1. Закономерности лучистого теплообмена
8.1.1. Понятие лучистой энергии
Лучистый теплообмен – самый распространенный в природе процесс переноса теплоты. Исключительная роль принадлежит этому виду теплообмена в развитии флоры и фауны на нашей планете и эволюции Вселенной. Расчет лучистых потоков проводится в камерах сгорания энергетических установок и в системах теплоснабжения ряда объектов сельскохозяйственного производства.
Тепловое излучение – это процесс распространения части внутренней энергии излучающего тела посредством электромагнитных волн со скоростью около 300 000 км/ч. Возбудителями электромагнитных волн являются заряженные материальные частицы. Излучение обладает не только волновыми, но и курпускулярными свойствами. Курпускулярность состоит в том, что лучистая энергия испускается и поглащается телами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями – квантами или ф о т о н а м и. Испускаемый фотон это частица материи, обладающая знергией и электромагнитной массой. Большинство твердых и жидких тел создает непрерывный спектр длин волн в диапазоне λ = 0 … ∞., из которого существенным в теплообмене считаесся инфракрасный (λ = (0,8 ·10 6 ...0,8 ·10-3) м
Теплообмен лучистой энергией. между телами системы или системами называют л у ч и с т ы м теплообменом.
Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое тело излучает и поглощает энергию при любой температуре, даже близкой к абсолютному нулю. Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности. Непрозрачные твердые тела и жидкости поглощают и излучают энергию своей поверхностью; полупрозрачные тела, а также газы и пары характеризуются объемным характером излучения.
|
|
Энергия излучения, испускаемая произвольной поверхностью в еди- |
|||||
|
|
ницу времени по всевозможным направлениям и по всем длинам волн |
|||||
|
|
спектра, называется п о л н ы м |
л у ч и с т ы м |
п о т о к о м . |
|||
|
Полный, или интегральный, |
лучистый поток обозначается через Φ, |
|||||
за единицу лучистого потока принят |
ватт. |
|
|||||
|
Интегральный лучистый поток, испускаемый с единицы поверхности, |
||||||
носит название и з л у ч а т е л ь н о й |
способности тела: |
||||||
|
|
|
Е = |
|
d |
, |
(8.1) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
dF |
|
где Е – излучательная способность тела.
В диапазоне длин волн от λ до λ+ dλ излучается энергия d Eλ .
142
Отношение излучательной способности тела в бесконечно малом интервале длин волн к величине этого интервала носит название с п е к- т р а л ь н о й и н т е н с и в н о с т и излучения.
Спектральная интенсивность обозначается через Iλ, за единицу принят Вт/м3. Из определения следует:
|
|
|
dE |
(8.2) |
|
d |
|||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
Каждое тело способно не только излучать, но и поглощать лучистую энергию; при этом некоторое количество лучистого потока может отражать-
ся от тела, а некоторое – проходить сквозь него. |
|
|
||
Пусть из падающего на тело лучистого потока |
Ф часть поглощается |
|||
(ФА), часть отражается (ФR), а некоторое количество (ФD) проходит сквозь |
||||
тело (рис. 8.1), тогда |
|
|
|
|
Ф=ФA+ФR+ФD. |
|
n |
||
Разделим равенство на Ф и, обозначив |
Ф |
|
||
ФA/Ф =А; ФR/Ф =R; ФD/Ф=D, |
|
|||
|
ФR |
|||
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A + R + D = 1. |
|
|
||
Величины A, R и D |
характеризуют, со- |
|
|
|
ответственно, поглощательную, отражательную |
|
|
||
и пропускательную способности тела и называ- |
|
|
||
ются к о э ф ф и ц и е н т а м и п о г л о щ е- |
|
ФA |
||
н и я, о т р а ж е н и я и п р о з р а ч н о с т и. |
|
|||
|
|
|||
Рассматриваются три предельных случая: |
|
ФD |
||
а) A = 1 (R = 0; D = 0) – вся падающая на |
|
|||
|
|
|||
тело лучистая энергия поглощается; такое тело |
|
|
||
называется а б с о л ю т н о |
ч е р н ы м; |
|
Рис. 8.1 |
|
б) R = 1 (A = 0; D = 0) – лучистая энергия полностью отражается от |
||||
тела; в этом случае тело называется а б с о л ю т н о |
б е л ы м; |
|||
в) D = 1 (A = 0; |
R= 0) – лучистый поток весь проникает через тло; |
|||
такое тело называют |
а б с о л ю т н о п р о з р а ч н ы м. |
Величины A, R и D зависят от природы тела, его температуры и длины волны теплового излучения.
8.1.2 Законы теплового излучения
Излучение абсолютно черного тела подчиненопростым и строгим законами, которые с соответствующими поправками используются для расчетных формул лучистого теплообмена между телами.
Закон Планка. Согласно закону Планка, спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела I0λ является функцией абсолютной температуры T и длины волны излучения λ. Планк теоретически, исходя из квантовой природы лучистой энергии, установил следующую закономерность:
143
|
|
|
|
|
|
c2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
I |
|
|
T |
|
|
, |
|
|
|
|
(8.3) |
|
|
|
0 |
5 |
e |
|
1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где c1 – первая постоянная Планка, |
|
c1 |
= |
3,74 10 16, Вт·м2 ; |
|
|||||||||
|
c2 – вторая постоянная Планка, |
c2 = 1,44 10 2, м К ; |
|
|||||||||||
|
λ – длина волны; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T – температура ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e – основание натуральных логарифмов. |
|
|
|
|
|
||||||||
109 |
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 8.2 приведены кривые, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
изображающие |
зависимость |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
спектральной |
интенсивности |
||||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
излучения от длины волны при |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
разных температурах. Особен- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ность этих кривых состоит в |
|||||
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
том, что с ростом температуры |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
интенсивность излучения вна- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чале увеличивается, а затем |
|||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
падает. При одной и той же |
|||||
|
|
Т |
|
|
|
|
|
длине |
волны |
более |
высокой |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
температуре соответствует и |
||||||
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
большее |
значение |
интенсив- |
|||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ности излучения. Согласно за- |
||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
кону смещения (закон Вина), |
|||||
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
максимум излучения с ростом |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
температуры смещается в об- |
||||||
|
|
|
10 |
00 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ласть более коротких волн. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длину волны, при которой бу- |
|||||
0 |
|
|
|
|
|
10 6 |
|
дет |
максимальная |
интенсив- |
||||
2 |
4 |
|
6 |
|
,м |
ность излучения при заданной |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
температуре, можно опреде- |
|||||
|
Рис. 8.2 |
|
|
|
|
|
|
|
лить по формуле: |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c3 |
, |
|
(8.4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
с3 – постоянная Вина, |
с3 = 2,9 10 6, м К; |
|
|
|
|
|
|||||||
|
λ – длина волны; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т – температура. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закон Стефана-Больцмана. Этот закон устанавливает связь излуча- |
|||||||||||||
тельной способности абсолютно черного тела с температурой. В 1879 г. чеш- |
||||||||||||||
ский ученый И.Стефан |
экспериментально, а в 1884 г. австрийский физик |
|||||||||||||
Л. Больцман теоретически установили закономерность: |
|
|
|
|
с0 |
|
Т |
|
4 |
|
Е0 |
|
|
|
, |
(8.5) |
|
|
||||||
|
|
100 |
|
|
|
144
где Е0 – излучательная способность абсолютно черного тела; с0 – постоянная Стефана-Больцмана, с0 = 5,67 Вт/(м2 К4); Т – температура излучаемого тела.
Закон Стефана-Больцмана может быть применен к серым телам. В этом случае используется положение о том, что у серых тел так же, как и у черных, собственное излучение пропорционально абсолютной температуре в четвертой степени, но излучательная способность серых тел меньше, чем у абсолютно черных. Для серых тел этот закон записывается в виде:
|
|
|
|
Т |
4 |
|
Е = ε с0 |
|
|
|
. |
(8.6) |
|
|
|
|||||
|
|
|
100 |
|
|
|
Из сравнения уравнений (8.5) и (8.6) при одинаковой температуре по- |
||||||
лучим: |
|
|
|
|
|
|
|
Е |
. |
|
|
|
(8.7) |
Е0 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Величину ε называют |
|
|
с т е п е н ь ю ч е р н о т ы |
тела. |
Численно степень черноты какого-либо тела равна отношению его излучательной способности к излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре.
Степень черноты зависит от физических свойств тела, и для серых тел она всегда меньше единицы.
Закон Кирхгофа. Излучательная и поглощательная способности тел однозначно связаны, и эта связь составляет содержание закона Кирхгофа.
Согласно закону Кирхгофа, отношение излучательной способности к поглощательной при одной и той же температуре является величиной постоянной и равно излучательной способности абсолютно черного тела. Матема-
тически этот закон записывается так: |
|
|
|
|
|||
|
E1 |
|
E2 |
|
E0 |
E0 |
(8.8) |
|
A1 |
A2 |
A0 |
||||
|
|
|
|
|
Из уравнения (8.8) просто получить соотношение
1 |
|
2 |
|
|
1, |
|
А1 |
А2 |
А |
||||
|
|
|
откуда ε1 = А1; ε2 = А2; ε = А, т.е. степень черноты тела равна его поглощательной способности.
Из закона Кирхгофа следует, что чем выше степень черноты тела, тем выше его поглощательная и излучательная способности.
Закон Ламберта. Закон Ламберта устанавливает зависимость излучаемой энергии от направления излучения. Согласно закону Ламберта,
излучательная способность абсолютно черного тела в данном направлении равна произведению излучательной способности этого тела в направлении нормали к поверхности на косинус угла между направлениями
Е0θ = Е0п cos θ ,
145
где E0θ и E0п – излучательная способность в направлении, определяемом углом θ и в направлении нормали к поверхности, соответственно;
θ – угол между направлениями потоков.
Так как излучательная способность абсолютно черного тела в направлении нормали в π = 3,14 раз меньше суммарной излучательной способности по всем направлениям (см. [4]), то для серых тел
|
|
|
|
|
Т |
4 |
cos . |
Е |
|
с |
|
|
|
||
|
|
||||||
|
|
|
0 |
100 |
|
|
(8.9)
Закон Ламберта справедлив для абсолютно черного тела и для серых шероховатых тел при θ = 0 ... 60о.
8.2. Лучистый теплообмен между телами, разделенными прозрачной средой
При теплообмене излучением между телами необходимо учитывать результирующий эффект излучательной и поглощательной способностей этих тел. Плотность результирующего лучистого теплового потока между телами обозначают через qл и измеряют в (Вт/м2). Величина qл между твер-
дыми телами зависит от их материала, температуры, взаимного расположения, от свойств среды, находящейся между телами.
Рассмотрим лучистый теплообмен между плоскими параллельными стенками, площади поверхностей которых достаточно велики по сравнению
с расстоянием между |
ними, |
рис.8.3. |
Среда между стенками абсолютно |
|||||||
прозрачна, прозрачность же стенок нулевая, т.е. D = 0. |
|
|
|
|||||||
Стенки характеризуются величинами E1, A1, T1 и E2, A2, T2, соответственно. |
||||||||||
Т1 |
|
|
Излучение каждой стенки частично поглощает- |
|||||||
E1 |
|
ся соседней стенкой, частично ею отражается, |
||||||||
|
|
|||||||||
Е1 |
|
|
причем этот процесс многократно повторяется и |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е1(1-А2) |
|
имеет затухающий характер. Определим |
qл |
||||||
А1 |
|
Е |
||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
при условии Т1 |
Т2 . Если от первой стенки на |
||||||
|
|
2 |
||||||||
|
E2 |
|
вторую поступает количество энергии |
Е1, |
то |
|||||
|
Т2 |
часть ее (Е1А2) |
поглотится второй |
стенкой, |
а |
|||||
|
|
|||||||||
|
|
Е2 |
||||||||
|
|
отразится и направится к первой стенке величи- |
||||||||
|
|
А2 |
||||||||
|
E2(1-A1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на: Е1- Е1А2=Е1(1-А2). Точно такое же рассужде- |
||||||||
|
|
|
||||||||
А |
|
|
ние можно |
привести |
относительно |
излуче- |
||||
1 |
|
|
ния второй стенки. Тогда тепловой поток меж- |
|||||||
Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ду |
стенками |
при однократном |
отражении |
||||
|
|
|
будет равен: |
1 A1 E2 |
E1 1A2 E1 A2 E2 A1 . |
|||||
|
Рис.8.3 |
|
q 1 2 л |
E1 E2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Используя закон Стефана-Больцмана и учитывая, что А1=ε1 и А2=ε2 , получим:
146
|
|
|
|
Т1 |
|
4 |
Т 2 |
|
4 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
с0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(8.10) |
|||
q 1 2 л пр |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
100 |
|
|
100 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ε пр – приведенная степень черноты стенок, |
|
|
ε пр = ε 1ε 2 . |
|
|||||||||
При учете многократного отражения и поглощения энергии стенками |
|||||||||||||
величина приведенной степени черноты стенок получается равной: |
|
||||||||||||
пр |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
. |
|
(8.11) |
|||
1 |
|
2 |
1 2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Уравнение (8.10) используется и при вычислении плотности лучистого теп- |
|||||||
лового потока между телами, когда одно тело окружено другим, рис. 8.4. |
|||||||
При Т1>Т2 и F2>F1 приведенная степень чер- |
2 |
||||||
ноты будет иметь вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
1 |
|
1 |
F 2 |
||||
F1 |
|
||||||
|
1 |
F |
|
|
2 |
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
С уменьшением поверхности внутренне- |
F 1 |
|
|
го тела (F1), плотность лучистого теплового |
|
потока возрастает. Это объясняется тем, что на |
|
поверхность тела 1 будет попадать все мень- |
|
шая доля лучистой энергии тела 2. |
|
Расчетная формула для оценки лучистого |
|
теплового потока между поверхностями, произ- |
Рис. 8.4 |
вольно расположенными в пространстве, рис. 8.5, выводится на основе закона Ламберта:
|
|
|
|
|
4 |
Т |
|
|
4 |
|
|
||
|
|
Т1 |
|
2 |
|
dF1 , |
|
||||||
Q1 2 |
л |
прс0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.12) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
100 |
|
|
100 |
|
|
F |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
где εпр – приведенная степень черноты, εпр = ε1 ε2 ;– средний угловой коэффициент, который выражается формулой:
|
|
|
|
cos 1 cos 2 |
dF |
|
|
||||||
|
|
|||||
|
|
|
r 2 |
2 . |
||
|
|
|
F2 |
|
|
Значение углового коэффициента определяется графическим, аналитическим или экспериментальным путем. Для наиболее важных случаев лучистого теплообмена значения этих коэффициентов приводятся в справочной литературе, [12].
С целью уменьшения лучистого теплового потока от одной излучающей поверхности к другой, между ними устанавливаются экраны, изготовляемые из тонкостенного непрозрачного материала.
147
|
|
Экран, имеющий эк 1 2 , уменьшает плот- |
|
|
ность теплового потока между телами в два раза, |
|
dF2 |
а при установке п экранов – в ( п + 1) раз. |
R |
n2 |
При вычислении теплового потока между |
|
почвой и поверхностью ограждения теплиц без |
|
|
|
|
|
2 |
технического обогрева может быть использовано |
|
1 |
выражение (8.12), где величины, относящиеся к |
|
поверхности почвы, соответствуют индексу «1», |
|
|
n1 |
|
|
dF1 |
а к ограждению – «2». |
|
Теплообмен излучением между животными |
|
|
|
|
|
|
и ограждениями помещения недостаточно изу- |
чен. Приближенная оценка лучистого теплового |
||
|
Рис. 8.5 |
потока некоторых задач данного теплообмена |
|
|
рассмотрена в [3]. |
8.3. Лучистый теплообмен в камерах сгорания
В камерах сгорания тепловых двигателей (ДВС, ГТД), в котельных топках происходит интенсивный обмен лучистой энергией между продуктами сгорания топлива и окружающими их стенками.
При горении углеводородного топлива пламя не прозрачно, имеет желтоватую окраску. Непрозрачность пламени обусловлена содержанием в нем большого количества раскаленных мелких твердых включений углерода, золы, тяжелых углеводородов и прочих частиц. Хотя размеры этих частиц не велики (от 0,05 мк до 0,25 мм), но в отдельных случаях благодаря большому их количеству излучательная способность продуктов сгорания существенна. Оценить лучистый теплообмен такого пламени в камере сгорания весьма сложно. На сегодняшний день более полно изучен вопрос лучистого теплообмена между высокотемпературным пламенем и его оболочкой.
Газы, как и твердые тела, способны излучать и поглощать лучистую энергию. Однако этот процесс для газов имеет некоторые особенности, а именно:
–излучательной и поглощательной способностью обладают в основном многоатомные (трех и более) газы (СО2 , Н2О, NH3 и т.д.);
–всякий газ излучает и поглощает энергию всем своим объемом;
–спектры излучения трехатомных газов, в отличие от спектров излучения серых тел, имеют резко выраженный селективный характер.
Одно – и двухатомные газы практически не излучают и не поглощают лучистую энергию.
Количество излучаемой, а, следовательно, и поглощаемой энергии газов зависит от толщины газового слоя, концентрации излучающих молекул и температуры газа. В практике расчетов излучения газов обычно приходится иметь дело не с плоским слоем, а с некоторым объемом газа различной фор-
148
мы. Поэтому для оценки влияния объема на излучение вводят условную величину, называемую э к в и в а л е н т н о й т о л щ и н о й слоя излучающей среды l, под которой понимают радиус газовой полусферы, излучающей энергию на элемент поверхности, расположенной в центре основания и обладающей такой же степенью черноты, как и рассматриваемый объем газа.
В первом приближении можно принять
l 3,6V ,
F
где V – объем, занимаемый газом;
F – площадь поверхности оболочки.
Концентрацию излучающих молекул в объеме всегда можно выразить парциальным давлением pi. Экспериментально доказано, что парциальное давление и эквивалентная толщина слоя в одинаковой степени влияют на излучающую способность газов, т.е. излучение зависит от их произведения. Кроме того, излучательная способность газов пропорциональна температуре в степени меньше четвертой. Если для газов в формуле расчета излучательной способности сохранить закон четвертой степени температуры, то необходимо считать степень черноты газа функцией не только произведения pi l, но и температуры, т.е.
|
|
Е с0 |
Т |
г |
|
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
, |
(8.13) |
|
|
|
100 |
|||||||
|
|
f рi l,T . |
|
|
|
|
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При расчетах по формуле (8.13) величину ε г определяют по графикам, построенным на основании экспериментальных исследований.
Если высокотемпературная смесь газов находится в оболочке, которая обладает свойствами серого тела, то часть теплового излучения газов поглощается этой оболочкой, а часть его отражается. Отраженная оболочкой энергия частично поглощается газом, а частично вновь попадает на поверхность оболочки. Результирующая плотность лучистого теплового потока между газом и оболочкой в этом случае может быть определена по выражению:
|
|
|
|
Т |
|
|
4 |
|
Т |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ст |
|
|
|
|||||
qл |
ст. эф |
с0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(8.14) |
||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
100 |
|
|
|
100 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ε г – степень черноты смеси газов;
εст. ЭФ – эффективная степень черноты стенки.
Сучетом многократного поглощения и отражения лучистой энергии
стенкой значение ε ст. ЭФ вычисляется по формуле:
ε ст. ЭФ = 0,5(ε ст + 1),
где ε ст – “обычная” степень черноты стенки.
Степень черноты для различных материалов приведена в табл. 15 Приложения.
149
В теплотехнических расчетах чаще всего встречаются с излучением |
|||||||
смеси газов, состоящих из молекул |
СО2 и |
Н2О. Для определения степени |
|||||
черноты такой смеси газов распространенным является уравнение |
|
||||||
|
|
СО2 |
Н2О СО2 |
Н2О |
(8.15) |
||
Последнее слагаемое в выражении (8.15) учитывает эффект взаимопо- |
|||||||
глащения энергии молекулами СО2 и Н2О. |
|
|
|
|
|||
Значение степени черноты газа |
СО2 находят по экспериментальной за- |
||||||
висимости СО |
f (T , l pСО ) , рис. 8.6, |
|
|
|
|
||
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
где Т – температура смеси газов, К; |
|
|
|
|
|
||
l – эквивалентная толщина слоя, м; |
|
|
|
|
|||
рСО – парциальное давление углекислого газа, МПа. |
|
||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
СО |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l . |
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
2 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
м . |
|
|
|
|
|
|
|
|
МП |
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
0,16 |
|
|
|
|
|
|
|
0,12 |
|
|
|
|
|
|
|
0,10 |
|
|
|
|
|
|
|
0,08 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,06 |
|
|
|
|
|
|
1 |
0,05 |
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
0,04 |
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,03 |
|
|
|
|
|
|
0,1 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
To,K |
Рис. 8.6
Поскольку на степень черноты водяных паров более значительное воздействие оказывает парциальное давление по сравнению с влиянием приве-
денной длины луча, то для вычисления |
Н |
О |
используют соотношение: |
|
2 |
|
|
150 |
|
|
|