Лучистый теплообмен между телами в прозрачной среде (приведенная степень черноты системы, расчет теплообмена, методы уменьшения или повышения интенсивности теплообмена).
Экраны
В различных областях техники довольно часто встречаются случаи, когда требуется уменьшить передачу теплоты излучением. Например, нужно оградить рабочих от действия тепловых лучей в цехах, где имеются поверхности с высокими температурами. В других случаях необходимо оградить деревянные части зданий от .лучистом энергии в целях предотвращения воспламенения; следует защищать от лучистой энергии термометры, так как в противном случае они дают неверные показания. Поэтому всегда, когда необходимо уменьшить передачу теплоты излучением, прибегают к установке экранов. Обычно экран представляет собой тонкий металлический лист с большой отражательной способностью. Температуры обеих поверхностей экрана можно считать одинаковыми.
Рассмотрим действие экрана между двумя плоскими безграничными параллельными поверхностями, причем передачей теплоты конвекцией будем пренебрегать. Поверхности стенок и экрана считаем одинаковыми. Температуры стенок T1 и Т2 поддерживаются постоянными, причем T1>T2. Допускаем, что коэффициенты лучеиспускания стенок и экрана равны между собой. Тогда приведенные коэффициенты излучения между поверхностями без экрана, между первой поверхностью и экраном, экраном и второй поверхностью равны между собой.
Тепловой поток, передаваемый от первой поверхности ко второй (без экрана), определяем из уравнения
Тепловой поток, передаваемый от первой поверхности к экрану, находим по формуле
|
|
|
а от экрана ко второй поверхности по уравнению
При установившемся тепловом состоянии q1 = q2, поэтому
откуда 
Подставляя полученную температуру экрана в любое из уравнений, получаем
Сравнивая первое и последнее уравнения, находим, что установка одного экрана при принятых условиях уменьшает теплоотдачу излучением в два раза:
(29-19)
Можно доказать, что установка двух экранов уменьшает теплоотдачу втрое, установка трех экранов уменьшает теплоотдачу вчетверо и т. д. Значительный эффект уменьшения теплообмена излучением получается при применении экрана из полированного металла, тогда
(29-20)
где С'пр — приведенный коэффициент излучения между поверхностью и экраном;
Спр — приведенный коэффициент излучения между поверхностями.
Излучение газов
Излучение газообразных тел резко отличается от излучения твердых тел. Одноатомные и двухатомные газы обладают ничтожно малой излучательной и поглощательной способностью. Эти газы считаются прозрачными для тепловых лучей. Газы трехатомные (СО2 и Н2О и др.) и многоатомные уже обладают значительной излучателыюй, а следовательно, и поглощательной способностью. При высокой температуре излучение трехатомных газов, образующихся при сгорании топлив, имеет большое значение для работы теплообменных устройств. Спектры излучения трехатомных газов, в отличие от излучения серых тел, имеют резко выраженный селективный (избирательный) характер. Эти газы поглощают и излучают лучистую энергию только в определенных интервалах длин волн, расположенных в различных частях спектра (рис. 29-6). Для лучей с другими длинами волн эти газы прозрачны. Когда луч встречает
|
|
|
на своем пути слой газа, способного к поглощению луча с данной длиной волны, то этот луч частично поглощается, частично проходит через толщу газа и выходит с другой стороны слоя с интенсивностью, меньшей, чем при входе. Слой очень большой толщины можег практически поглотить луч целиком. Кроме того, поглощательная способность газа зависит от его парциального давления или числа молекул и температуры. Излучение и поглощение лучистой энергии в газах происходит по всему объему.
Коэффициент поглощения газа может быть определен следующей зависимостью: 
или общим уравнением 
Толщина слоя газа s зависит от формы тела и определяется как средняя длина луча по эмпирической табл.
|
|
|
Давление продуктов сгорания обычно принимают равным 1 бар, поэтому парциальные давления трехатомпых газов в смеси определяют по уравнениям рсо2, = rсо2, и PH2O=rH2O, где r — объемная доля газа.
Средняя температура стенки- подсчитывается по уравнению
(29-21).
где T'ст — температура стенки канала у входа газа; Т''cт — температура стенки канала у выхода газа.
Средняя температура газа определяется по формуле
(29-22)
где Т'г — температура газа у входа в канал;
Т''р — 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 О°К:
(29-23)
(29-24)где р — парциальное давление газа, бар; s — средняя толщина слоя газа, м, Т — средняя температура газов и стенки, °К. Анализ приведенных уравнений показывает, что излучательная способность газов не подчиняется закону Стефана — Больцмана. Излучение водяного пара пропорциональна Т3, а излучение углекислого газа — Г3'5.
|
|
|
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, находим из уравнения
(29-25)
где ε'ст — степень черноты лучевоспринимающих поверхностей
qгаз — 
количество тепла, излучаемое углекислым газом и водяным паром при средней температуре газа; qст — количество теплоты, .поглощаемое углекислым газом и водяным паром при средней температуре стенок канала. Полученный суммарный тепловой поток излучением qизл используется для определения коэффициента теплобтдачи излучением
(29-26)
Многие авторы для практических расчетов лучеиспускания 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:
(29-27)
где—эффективная степень черноты стенок канала, 
учитывающая излучение газа;
— коэффициент излучения абсолютно черного тела, вm/(м2-°K4);
— отношение количества энергии излучения газа к количеству энергии излучения абсолютно черного тела и отнесенное к 1 м2 поверхности; εгаз— определяется по формуле: 
величины εсо2, εн20 и β определяют по графикам;
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 685; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!