Главная › Новости

4.4.3. Излучение газов

Опубликовано: 10.10.2018

Одно- и двухатомные присутствующие в атмосфере печей газы  (кислород, водород, моноксид углерода и др.) практически не излучают и не поглощают лучистую энергию.

          Трёхатомные и многоатомные газы могут излучать и поглощать тепловую энергию только определённых интервалах длин волн. Наибольшее практическое значение имеет излучение  и поглощение энергии диоксидом углерода (СО2) и водяным паром (Н2О). Для СО2 существуют три интервала длин волн, поглощаемых и излучаемых этим газом, мкм: 2,2…3,2; 4,01…4,80 и 12,0…16,5. Для Н2О эти интервалы составляют: 2,24…3,27; 4,8…8,5; и 12,0…16,5.        Однако для практических расчётов эти газы считают серыми, степень черноты которых зависит от вида газа, его парциального давления  температуры и эффективной толщины газового слоя.

Исследования показали, что излучение тепловой энергии диоксидом углерода пропорционально Т3,5, а водяным паром – Т3. Однако для упрощения расчётов теплового излучения газов на практике применяют закон Стефана – Больцмана. Погрешность, связанная с допущением о том, что  q иг  =  f ( T 4 ) , учитывается при вычислении степени черноты газа  εг .

             Вычисление степени черноты газов

         Как отмечалось выше, степень черноты газа зависит от его температуры, парциального давления и средне длины пути луча. Температура газа обычно известна. Парциальное давление газа определяют, зная состав продуктов горения. Так, например, если в составе продуктов горения содержится 10% СО2 и 20% Н2О, то их парциальные давления равны:

   ∑F-  суммарная площадь ограничивающих его поверхностей.

Произведение парциального давления газа на среднюю длину луча  р • s эф.  используют для нахождения по номограммам (рис. 4.11.,а и б) степени черноты    и условной степени черноты  водяного пара. Действительное значение степени черноты водяного пара получают, умножив    на поправку  η . Значение этой поправки находят по номограмме (рис. 4.12).

Значения коэффициента излучения, полученные рассмотренным методом, используют  для приближённого расчёта величины теплового потока от газа к нагреваемому в печи металлу по формуле Тимофеева В.Н.

В практических расчётах бывает удобно записывать уравнение теплового потока от  газа к металлу в форме аналогичной потоку тепла, передаваемого стенке конвекцией:

Повторим, что  αи является искусственной величиной, вводимой для единообразия формул, выражающих три различных вида тепловых потоков – теплопроводность, конвекцию и излучение.

       Теплопередача излучением и конвекцией

При наличии разности температур между газом и ограничивающими его поверхностями практически всегда наряду с излучением происходит конвективный перенос. Суммарный тепловой поток будет равен:

Величину   называют суммарным коэффициентом теплопередачи.

Уравнение (4.44) удобно использовать в практических расчётах, однако, следует помнить, что   является искусственной величиной, состоящей из двух слагаемых. Первое слагаемое существенно возрастает  с увеличением температуры, а второе от неё мало зависит.

Рассмотрим передачу тепла от одной газовой фазы к другой через стенку площадью  F1  (рис. 4.13.), используя уравнение (4.44).

Учитывая равенство потоков при стационарном режиме, можно записать:

Здесь уместно напомнить, что термин «теплоотдача» применим к конкретной ступени передачи  тепла, например, от газа к стенке, от стенки к газу и т.п. Термин «теплопередача» относится к более сложному, многоступенчатому процессу, например газ  - стенка – газ.

    Многоступенчатые процессы теплопередачи, состоящие из теплопроводности, изучения и конвекции  характерны для плавильных печей. Расчёт таких сложных процессов усугубляется тем, что тела и поверхности, образующие конструкцию печи, имеют сложную форму со скруглениями, уклонами, отверстиями и др. Такие расчёты проводятся с использованием компьютерных программ, основанных на  методе конечных элементов.