14. Теплообмен излучением при установке экранов. Экранная теплоизоляция
Весьма эффективным способом теплоизоляции высокотемпературных печей (электрических), в которых перенос теплоты происходит практически только за счет излучения, является установка экранов ограждающих зону высоких темпереатур. Использование экранной теплоизоляции позволяет существенно уменьшить результирующий тепловой поток, уходящий из печи в окружающую среду, т.е. снизить потери теплоты.
Имеются две большие параллельные плоские поверхности F1 и F2, расстояние между которыми мало по сравнению с их размерами. εэ= ε1= ε2= ε.
При установке одного экрана поток уменьшается в 2 раза. Если установить
n экранов, то
15. Излучение газов в рабочем пространстве печи. Общие положения.
В пламенных печах процессы теплообмена в главной мере определяются излучением газов, образующихся от горения топлива и от физико-химических превращений перерабатываемого материала. Наибольшей излучательной и поглощательной способностью обладают многоатомные газы (CO2 ,H2O, SO2), заметное излучение имеет СО. В отличие от твёрдых тел со сплошными спектрами излучения, газы излучают излучают и поглощают лучистую энергию только в определённых интервалах длин волн, т. е. имеют полосчатые спектры излучения и, следовательно, обладают селективным (выборочным) излучением.
газ |
1-2 |
3-4 |
5-6 |
|
мкм |
||
СО2 |
2,4-3,0 |
4,0-4,8 |
12,5-16,5 |
Н2О |
2,2-3,0 |
4,8-8,5 |
12,0-30,0 |
Выводы по таблице: 1 и 3 полосы накладываются друг на друга, 2 соседствуют. У Н2О 3 полоса значительно шире, чем у СО2.
Исследования показывают, что для газов закон Стефана-Больцмана неточен, т. к. плотность излучения зависит от температуры не в 4 степени, а меньше.
СО2 –Т3,5
Н2О - Т3,0
Плотность собственного интегрального излучения СО2 и Н2О по экспериментальным данным выражается формулами:
;
,
где р – парциальное давление; l – средняя эффективная длина луча в данном объёме.
Для удобства технических расчётов и возможности применения формул единого вида, излучение газа также рассчитывают по закону Стефана-Больцмана, а возникающее при этом отклонения учитывают степени черноты газа.
.
16. Расчёты излучательной способности и степени черноты газа.
Строго говоря, ег и его поглощательная способность не совпадают, т. е. ег≠Аг.
Т. к. поглощательная способность определяется не только свойствами газа, но и свойствами падающего на поверхность газового слоя излучения. Это происходит потому, что газ является средой излучающей и поглощающей селективно, и поэтому он не может вести себя как серое тело.
Если учесть, что интегральная степень черноты газа (ег) однозначно определяется его температурой и спектральными коэффициентами поглощения Ал, так и поглощательная способность Аг зависит от температуры и произведения парциальных давлений поглощающего компонента (или компонентов). При обычных современных инженерных расчётах ег= Аг, т. е. мы имеем дело с серым газом.
На основании экспериментальных данных строят графики:
ε(СО2)max=0.25;
ε(SO2)max=0.45;
ε(Н2О)max=0.70.
Из такого графика определяют значение ε (Н2О), который нужно умножить на поправочный коэффициент η, определяемый из вспомогательного графика.
.
Он учитывает тот факт , что влияние парциального давления у Н2О на излучательную способность больше, чем влияние lэфф..
Интегральная степень черноты смеси газов определяется по формуле:
,
.
Если в объёме находятся только СО2 и Н2О, то степень черноты :
.
Строго говоря, в эту формулу нужно вводить поправку Δε и
.
Δε – учитывает положение 1 и 3 полос излучения СО2 и Н2О при их совместном пребывании в излучающем объёме.
При обычных соотношениях компонентов, которые имеются в печных газах , эта поправка Δε составляет от 2 до 4 %. Но эту поправку учитывают обязательно при больших значениях произведения p0*lэфф. (p0 – общее давление газа в объёме). lэфф. рассчитывают по формуле Невского:
,где
V
– объём рабочего пространства печи; F
– поверхность всех стенок, ограничивающих
объём; β – коэффициент эффективности
газового излучения (эмпирический
коэффициент от 0,7 до 0,9). Если β =0,9, то
lэфф
=3,6*V/F.
Лекция 10