Контрольные вопросы и примеры к XXIX главе

,1. Природа энергии излучения. 2. Как различаются лучи между собой? . 3: Классификация электромагнитных колебаний.

4. На какие части делится энергия излучения?

5. Что" ^называется поглощательной, отражательной и пропуска- ¹ тельной способностями?

6. Что называется абсолютно белой поверхностью, абсолютно черной, абсолютно прозрачной, диффузной и зеркальной?

7. Какой спектр излучения у твердых, жидких и газовых тел?

8. Что называется излучательной способностью тела?

9. Что называется интенсивностью излучения?

10. Основной закон поглощения.

11. Закон Планка и его графическое изображение.

12. - Закон Вина.

13. Закон Стефана — Больцмана.

14. Коэффициент излучения абсолютно черного тела.

15. Серые тела. Что называется степенью черноты?

16. Закон Кирхгофа.

17. Анализ уравнения закона Кирхгофа.

18. Теплообмен излучением между параллельными пластинами.

19. Закон Ламберта. Для каких тел он справедлив?

13. Теплообмен излучением, когда одно тело находится внутри другого.

13. Уравнение теплообмена излучением для произвольно распо­ложенных тел.

14. Экраны.

15. Какие газы обладают свойством излучать?

16. Коэффициент поглощения газовых тел.

17. Как определяют среднюю температуру газа, парциальные дав­ления и среднюю длину лучей?

18. Расчет газового излучения по Шаку.

19. Определение суммарного теплового потока излучением и коэффициент теплоотдачи при излучении.

20. Что такое сложный теплообмен?

21. Как определяется суммарный коэффициент теплоотдачи?

22. Теплообмен излучением в топках.

Пример 29-1. Определить теплообмен излучением между двумя большими параллельно расположенными поверхностями с темпера­турами 7\ = 800°К и 7*2 = 400°К. Коэффициент излучения первой поверхности Сц = 5,1, второй С₂ = 4,2 вт/[м² • (°К)⁴1.

Потерю теплоты боковыми поверхностями не учитывать. Как изменится теплообмен, если при тех же условиях коэффициент излу­чения второй поверхности равен С₂ = 0,4 вт1[м^% • (°К)⁴]?

Теплообмен излучением между параллельными поверхностями определяем по уравнению (29-12): -

IVню/ 1юо/ ] , - ^ |(^у--(^)⁴]=»50оо«п/Л

_}_,_}_ _±_ 1.1100/ \100]-\

5,1 4,2~ 5,77 ■

Теплообмен излучением между параллельными поверхностями при условии, что С₂ = 0,4 вт/\м² • (°К)⁴],

1

± + ±—1-

5,1 0,4 5,77

Расчет показывает, что замена одной поверхности полированным материалом ведет к уменьшению теплообмена излучением почти в 10 раз.

Пример 29-2. В цехе установлен цилиндрический стальной подог­реватель без изоляции. Поверхность подогревателя сильно окислен­ная с коэффициентом излучения С₁ == 5,2 вт/[м² • (°К)⁴1; темпе-, ратура наружной поверхности Т_у — 430°К; длина подогревателя / = 2 м; диаметр й = 1 м; температура помещения Т₂ = 300°К и коэффициент излучения его стен С₂ = 3,5 впг/[м² • (°К)⁴1; длина помещения 10 м, ширина 8ли высота 4 л,.

Определить величину теплообмена излучением между поверхностя­ми подогревателя и помещения.

Величину теплообмена излучением между поверхностями опреде­ляем по уравнению (29-14):

.(юо) (юо)

1 ^2 \ С_а

Поверхность подогревателя

Р, = 3,14.1-2-Ь^-^ =7,85 м\ 4

Поверхность стеиок помещения Р₂ = 304 м².

_{4 = : ! [(11}⁰_{У-(^У17,85 = 10500ет.}

_1_ 7^8514100/ Ч100/ \ . 5,2⁺ 304 и.5~ С»)

Отношение ^ц/^г = 0,256 мало, поэтому если принять Р,//^ — 0, то

«-^[@⁴-©*]^-^10М0"-.

Расчет показывает, что при малых значениях отношения Р_х/Р₂ ве­личину теплообмена излучением можно определять только по коэф­фициенту излучения внутреннего тела.

Пример 29-3. Между двумя поверхностями установлен экран, коэффициенты излучения их равны С_г = С₂ = 4,8 вш/\м² • (°К)⁴], а температуры: 7\ = 600° К, Т₂ = 300° К.

Определить теплообмен излучением до и после установки экрана, а также температуру экрана, если С_экр = С_х = С_г. ■

[(100} (100)']

Теплообмен между поверхностями до установки экрана

_J_ _1_ J_

С\ С% C_s

1

1

_А+^{1 1}

4,8 4,8 , 5,77

а после установки экрана

^ = 0,5? = 0,5 • 5070 = 2535- втім². Температуру экрана определим из уравнения

V 100 J 2 LViooj \100j J 2 1дюо,І V »00/ J откуда

Г_экр = 512°K.

Пример 29-4, Во сколько раз уменьшится теплообмен излучением между двумя поверхностями, коэффициенты излучения которых С\ = = С_г — 5,2 вт/[м² • (°К)⁴1, если между ними установить экран из полированного никеля с коэффициентом излучения С_экр = == 0,4 вт/\м² • (°К)⁴]?

Приведенный коэффициент излучения для поверхностей равен

С_пр= ! = _! -4,76 вт/[м²-(⁰К)%

С, С," C_s 5,2⁺ 5,2~ 5,77 ' Приведенный коэффициент излучения для поверхности и экрана

С_пр = L = 0,472 втПм²-(°КГ{-

. 5,2^0,4 ■ 5,77

Из сравнения уравнений теплообмена излучением между двумя поверхностями безэкрана и с экраном получаем соотношение (29-20):

<?! = 0,5 (Сп_Р/С_пр)д₀ = 0,5 (0,472/4,76)1.00 = 0,0496 д₀.

Отсюда следует, что установка одного экрана из полированного никеля уменьшает теплообмен излучением в 20 раз и составляет 4,96% от величины теплообмена излучением без экрана.

Пример 29-5. Дымовые газы содержат 15% углекислоты и Ю% водяного пара. Температура газа при входе в канал 7Y = 1400°К, при выходе Ту — 1100° К, температура поверхности газохода у входа газов Т'_СТ = 900° К, у выхода Т'с_Т — 700° К- Степень» черноты по­верхности канала е_от = 0,85. Общее давление дымовых газов равно 1 бар. '

Определить количество теплоты, передаваемое излучением от ды­мовых газов на 1 м² поверхности цилиндрического газохода диаметром d — 1 м, и коэффициент теплоотдачи излучением.

Средняя температура стенки подсчитывается по уравнению (29-21)

Тст = (Кт + Ит/2) = (900 + 700)/2 = 800° К.

Средняя температура дымовых газов определяется по уравнению (29-22):

(Тг—Тст)— (Гг — Тст)

■* г ct 1^

2,3 1_ё(Тг-Тст)/(Тг-Тст)

= 800 + (1400 - 900)-(1100 - 700) ^ ^ ' ^ё 400

Средняя длина лучей для бесконечного цилиндра определяется по табл. 29-2:

₅ = 0,9 с! = 0,9 • 1 = 0,9 м.

Количество теплоты, которое передается стенкам канала, опреде­ляем по уравнению (29-27):

^«™=_E^;,c.[_Sr^(i)'-ri@)'].

Произведение средней длины луча на парциальное давление угле­кислоты и водяного пара равно:

Рсо.в = 0,15 • 0,9 = 0,135 м • бар; РН₂о5 = 0,1 • 0,9 = 0,09 м • бар.

По найденным величинам и средней температуре газов с помощью графиков, приведенных на рис. 29-7, 29-8 и 29-9, находим степень черноты С0₂ и Н₂0:

есо, = 0,116; ре_Нго = 1,04 . 0,096 = 04-

Таким же образом находим степень черноты газов при средней, температуре поверхности газохода: ,

еа>_г = 0,1165; рен,о = 1,04 . 0,15 = 0,161.

Степень черноты дымовых газов при средней температуре газов , равна

= 8со, + ре_н,о .= 0,1165 + 0,1 = 0,216.

Поглощательная способность газа при средней температуре стенок канала составляет

е_г = + Рен₂о = 0,1165 + 0,161 = 0,2775. Эффективная степень черноты стенок канала

ct

8

JL-^WI =0,925.

.². ²

Величина теплообмена излучением «_Изл = 0,925-5,67[0,216 ^)⁴]-0,2775 ^)*] == 21300_вт/л³.

-Коэффициент теплоотдачи излучением равен

«изл = ^Чиая = 21300/( 1250—800) = 47,3 вт/м* • град.

Более простой метод подсчета теплообмена излучением разработан Шаком [уравнения (29-23) и (29-24)1.

Величина излучения углекислоты при средней температуре газов составляет

«со. = 4.07ГР? ³'³ = 4,07^ОЖ^Э (Ш )³'⁵ = 14850вт/л1².

Величина излучения водяного пара при средней температуре газов - <7н_го = 40,7 р°-Ч°* (Гг/100)⁸ = 40,7 • 0,15 . 0,9 (1250/100)³ =

= 16 500 вш/м².

Поглощение энергии излучения дымовыми газами при средней температуре стенки равно:

<7со, = 4,07 У 0,15-0,9 (800/100)³ -⁵ = 4300 вт/м*; д_Нг0 = 40,7 • 0,15°.⁸ • 0,9° •⁶ (800/100)» = 4300 вт/м\

Количество теплоты, переданное излучением, определяем по урав­нению (29-25):

<7изл - бот (я, — <7ст) = 0,925 (31350—8600) = 211000 вт/м\ Коэффициент теплоотдачи излучением равен

а_изп = 21 000/450 = 46,8 вт1{м^г • град).

¹ Пример 29-6. Определить температуру дымовых газов при выходе из топочной камеры котла, <если дано, что количество сжигаемого топлива В = 2000 кг/ч; количество продуктов сгорания на 1 кг сжигае­мого топлива У_Г = 6 м³1сек; теоретическая температура сгорания топ­лива Т_г = 2000° К, средняя теплоемкость продуктов сгорания С_т'_г =

= 1740 дж(м³ » град).. Лучевоспринимающая поверхность котла Р_а = 10 м\

К _г-⁵-в7-10-⁸-10-200(Р.360() ^₀ д ^т 2000.6-1740 ~~ '

Условный коэффициент излучения топки принимаем е = 0,85. Решая уравнение

0,85 • 0,78 • 0! + 9— 1 = 0, -

находим 9_Х = 0,769.

Поэтому температуру дымовых газов при выходе из топочной ка­меры котла можно определить из соотношения 6 = Т₁/Т₁., откуда Т₁ = 1540° К.