- •Предисловие
- •1. Расчет горения топлива
- •1.1. Расчет рабочей массы топлива
- •1.2. Теплота сгорания топлива
- •1.3. Определение расхода воздуха
- •1.4. Определение выхода и состава продуктов горения
- •1.5. Определение теоретической и действительной температур горения
- •1.6. Расчет горения смеси газов
- •1.7. Расчет горения газомазутной смеси
- •2. Введение в теорию тепломассообмена
- •2.1. Основные определения
- •2.2. Основные законы переноса теплоты
- •2.3. Дифференциальные уравнения теплообмена. Условия однозначности
- •2.4. Использование теории подобия для решения задач теплообмена
- •3. Частные задачи теплообмена
- •3.1. Передача теплоты внутри плоской стенки при граничных условиях 1 рода
- •3.2. Передача теплоты через стенку при граничных условиях III рода
- •3.3. Нестационарная теплопроводность. Нагрев массивного тела при граничных условиях III рода
- •3.4. Пример расчета нагревания массивного тела
- •4. Лучистый теплообмен и расчет параметров внешнего теплообмена
- •4.1. Основные понятия и определения
- •4.2. Основные закономерности излучения
- •4.3. Степень черноты газов
- •4.4. Расчет параметров внешнего теплообмена
- •Библиографический список
- •Содержание
4.3. Степень черноты газов
Излучение газов отличается тремя особенностями:
излучение газов не подчиняется закону Стефана–Больцмана;
в значительном количестве излучают и поглощают трехатомные газы, а также газы с большим числом молекул и в небольшом количестве двухатомные газы с несимметричной молекулой (СО, НСl);
процессы излучения и поглощения газов протекают в объеме;
излучение многоатомных газов - селективное (избирательное), т.е. спектр их излучения несплошной
Степень черноты газов (продуктов сгорания) зависит от их температуры (tг) и парциального давления излучающих газов. В продуктах полного горения излучающими компонентами являются трехатомные газы - пары воды Н2О и диоксид углерода СО2. Парциальное давление излучающих газов определяют из расчета горения топлива. Например, если по расчету в продуктах сгорания содержание излучающих газов составляют СО2=10% и Н2О=15%, то их парциальные давления составят:
Величину эффективной длины пути луча определяют по [3,5] или по формуле:
(123)
где V - объем, заполненный излучающим газом, м3;
F - поверхность всех “стенок”, ограничивающих этот газовый
объем, м2.
Отношение задают или определяют предварительно из чертежа аналогичной печи [7].
Далее определяют произведение ∙Sэфф и ·Sэфф и по прил. 7, 8, 9 определяют степень черноты СО2 и Н2О по температуре газов в рассматриваемой зоне рабочего пространства печи [2–5].
Степень черноты газов определится как сумма степени черноты
, (124)
где - поправочный коэффициент, определяется по графикам [3-5].
Расчет степени черноты газов смеси H2O и CO2 можно провести по упрощенной методике [4,5].
(125)
где - коэффициент ослабления лучей в смеси, определяемый
эмпирической формулой.
(126)
где - суммарное парциальное давление водяного
пара и углекислого газа, МПа;
- эффективная длина луча, м;
- температура газа, .
Применяемая методика согласована с номограммами и правомерна в следующем диапазоне параметров:
(127)
При светящемся пламени коэффициент К будет складываться из коэффициентов ослабления лучей газами и светящимися частицами
(128)
4.4. Расчет параметров внешнего теплообмена
Расчет внешнего теплообмена сводится к определению приведенного коэффициента излучения: Спеч, Спр или Сгкм, Вт/м2∙К4. При расчете теплообмена в высокотемпературных промышленных печах (t>900oC) определяющим видом переноса теплоты от газов к металлу является излучение (радиация). Раб очее пространство таких печей заполнено газовой средой (продуктами горения), являющейся источником или посредником переноса тепловой энергии. Результирующий тепловой поток к нагреваемому металлу в печах непрерывного действия можно представить как
, (129)
где - коэффициент излучения абсолютно черного
тела;
- приведенная степень черноты.
Приведенная степень черноты рассчитываемой системы определяется по формуле В.Н. Тимофеева [4]:
(129)
где - степень развития кладки;
- степень черноты соответственно металла и продуктов
горения.
Для печей со сводовым отоплением плоскопламенными горелками слой газов в зонах горения и теплообмена можно принять плоскопараллельным бесконечной протяженности. Тогда эффективная толщина слоя Sэф определяется по формуле:
(124)
Толщина слоя горения принимается в соответствии с рекомендациями [3,4] Н' = 0,05 - 0,1 м. Тогда толщина слоя теплообмена Н", с учетом толщины металла , определяется как:
(125)
где - расстояние между подом и сводом печи, м. При сводовом отоплении высоту рабочего пространства по данным работ [3, 4] можно принять в пределах 1,0 - 1,4 м.