Лекция №4 Особенности теплового излучения газов

В рабочем пространстве печи содержаться продукты горения, излучающие и поглощающие тепловую энергию, то есть участвующие в теплопередаче излучением. Поглощающая и излучающая способность отлична от способности твердых тел.

1. Двухатомные газы практически малопрозрачны. Участвуют в теплообмене – 3–х и многоатомные газы.

2. Излучательная и поглощательная способности газов избирательны, то есть поглощать и излучать они могут не весь спектр длин волн теплового излучения, а отдельные полосы спектра.

Например:

: 2.36-3.02 мкм; 4.01-4.8 мкм; 12.5-16.5 мкм.

: 2.24-3.27 мкм; 4.8-8.5 мкм; 12-25 мкм.

3. Излучение и поглощение тепловой энергии происходит не поверхностью, ограничивающей поток, а всем его объемом. Плотность излучения зависит от сечения потока, характеризуемого эффективной длиной луча

, (32)

где - объем, а - площадь поверхности, ограничивающая объем газа.

4. Плотность излучения зависит от давления или парциального давления газа.

5. От температуры зависимость плотности излучения соответствует закону Стефана – Больцмана

; (33)

Степень черноты смеси газов равна сумме степеней черноты газов

. (34)

Для решения задач теплоотдачи излучением между твердыми телами и газами принято считать, что зависимость плотности излучения от температуры соответствует закону Стефана – Больцмана.

Вносится погрешность. Она компенсируется поправкой, вводимой при определении степени черноты

(35)

Рис. 2.

4.1 Суммарная теплоотдача от продуктов горения и кладки печи к нагреваемому металлу.

- направления движения печных газов

- теплопередача излучением

- теплопередача конвекцией заготовки

Рис. 3.

Таким образом, нагреваемый металл получает тепловую энергию излучением от продуктов горения и кладки печи, и конвекцией от продуктов горения.

, или

,

где - приведенная степень черноты газа, кладка, металл.

Вынеся за скобки , имеем

(36)

Сложное слагаемое имеет то же значение, что и - коэффициент теплопередачи конвекцией и является коэффициентом теплопередачи излучением.

(37)

тогда

или, если ,

(38)

- определяется экспериментально

Рис. 4.

Лекция №5 Теплопередача теплопроводностью

Теплопроводность это процесс передачи тепла от одних частей тела к другим, обусловленный разностью температур без заметного перемещения макрочастиц. В газах – передача кинетической энергии одних молекул другим, в металлах – электронная проводимость.

3.6.1 Дифференциальное уравнение теплопередачи теплопроводностью.

Рис. 5.

Рассматриваем элемент тела с ребрами, параллельными осям координат. Предполагается одномерный тепловой поток, проходящий через элемент тела в направлении оси Х.

Если - нагрев;

Если - охлаждение;

Если - стационарное тепловое состояние. Рассмотрим условия нагрева,

За время - количество тепла, накопленное в элементе

. (39)

но ;

тогда

Это количество тепла может быть выражено как функция изменения температуры элемента во времени

(40)

следовательно

откуда:

или

Для двух и трех мерных тепловых потоков уравнение запишется:

и (41)