- •Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химических технологиях.
- •Курс лекций.
- •Москва 2004.
- •Содержание
- •Введение.
- •Горячий воздух
- •Влажный воздух
- •Сухой воздух
- •Горячий кокс
- •Холодный кокс
- •II. Процессы преобразования энергии в сберегающих устройствах химических технологий.
- •Теоретические основы процессов тепломассопереноса в энерго- и ресурсосберегающих устройствах.
- •1. Теплопроводность
- •Тепловой поток через плоскую стенку.
- •2. Конвекция
- •Теплоотдачи в замкнутом объёме.
- •2.3. Теплопередача от основания теплообменника через оребренную поверхность.
- •2.4 Тепловой расчёт рекуператоров.
- •2.5. Аэродинамический (гидравлический) расчёт теплообменных устройств.
- •Излучение.
- •3.2. Лучистый теплообмен тел в прозрачной среде.
- •Лучистый теплообмен между двумя серыми телами, произвольно размещёнными в пространстве.
- •Формулы для расчётов коэффициентов облучённости и взаимных поверхностей для замкнутой системы двух излучающих тел.
- •Результативное излучение.
- •Действие экранов.
- •3.3. Лучистый теплообмен в поглощающей среде.
- •Серая среда.
- •Излучение газов.
- •- Тепловая мощность излучения
- •Поправка на парциальное давление водяных паров, при .
- •Поправка на взаимное перекрытие полос излучения углекислоты и водяных паров.
- •Приближённый метод расчёта .
- •Излучение запылённых потоков газа.
- •Теплообмен в топках котельных агрегатов.
- •3.4. Совместные действия излучения, конвекции и теплопроводности.
- •Механизм переноса тепла.
Поправка на парциальное давление водяных паров, при .
- в .
С увеличением длины луча поправка будет уменьшаться.
Степень черноты смеси излучающих газов .
Это связано со взаимным перекрытием полос спектра, тогда надо считать следующим образом :
, ( 3.6. )
где - поправка на перекрытие полос спектра.
Рис. 3.5.
Поправка на взаимное перекрытие полос излучения углекислоты и водяных паров.
Обычно отв формуле (3.6.), что даёт возможность проигнорировать её в технических расчётах.
Приближённый метод расчёта .
Для дымовых газов ( при близких значениях температур газа и стенки ) можно грубо считать по формуле (3.2.) :
( 3.7.)
Здесь ,( 3.7а )
где
- коэффициент ослабления интенсивности лучистого теплопереноса;
- сумма парциальных давлений излучающих газов;
- коэффициент ослабления лучей , рассчитывается по формуле Гурвича и Митора :
( 3.8. )
- общее давление всей смеси, включая излучающие и не излучающие газы;
- сумма парциальных давлений излучающих газов.
Формула справедлива для определённого диапазона значений () :
В практике встречаются газовые объёмы различной формы, в которых длина пути луча в разных конфигурациях различна.
Для этого расчёт ведётся по эквиваленту – полусфере, в которой.
Для полусферы ,
тогда
При практических рекомендуется обычно формула :
( 3.9. )
конкретизируется для различных схем ( см. таблицу ) :
Таблица рекомендуемых формул для расчёта .
1.Сфера диаметра |
|
2.Куб со стороной |
|
3.Бесконечно длинный цилиндр диаметром, излучающий на центр основания |
|
4.Прямой круговой цилиндр,, излучающий на центр основания |
|
5.Такой же цилиндр, излучающий на всю поверхность |
|
6.Бесконечный цилиндр с полукруглым основанием радиуса, излучающий на середину плоского основания |
|
7.Слой толщинымежду двумя параллельными бесконечными плоскостями |
|
8.Прямоугольный параллелепипед со сторонами- для излучения на любую грань |
|
|
а) При :
б) При :
|
Плотность теплового потока между поглощающим газом и окружающей его серой оболочкой рассчитывается по формуле :
, ( 3.10. )
при температуре - по формулам (3.7.), (3.7а), (3.8.) , а по (3.6.) – точный расчёт.
- эффективная степень черноты оболочки в присутствии излучающего газа при температуре .
и - соответственно степень черноты газа при температуреи его поглощающая способность при температуре.
Заметим, что
( 3.11. )
Приближённо
( 3.12. )
( 3.13. )
, иотнесены к температуре.
В технических расчётах обычно при близких значениях температур исчитают :
и , т.е.
( 3.14. )
Пример 3.8.
В пароперегревателе АЭС в качестве теплоносителя используют углекислый газ с давлением .
Вычислить коэффициент теплоотдачи излучением от газа к пароперегревателю при следующих условиях :
- средняя температура газа в газоходе перегревателя ;
- температура пара в трубах перегревателя : на входе ,
на выходе ;
- давление водяного пара .
Расчётная температура стенок труб, омываемых газом, принята приближённо равной средней температурепара . *)
Степень черноты поверхности стенок, омываемых газом, .
Решение.
Для определения используем формулу :
,
где плотность лучистого теплового потока согласно (3.10.) :
Здесь:
- эффективная степень черноты стенки в присутствии излучающего газа - приближённо находится по формуле (3.12.) :
___________________________________________________________
*)благодаря тому, что термическое сопротивление участка “” намного меньше сопротивления участка “” .
- степень черноты газа при температуре газа ;
- поглощательная способность газа при температуре стенки - по (3.13.) .
- по (3.6.) : , но
и , т.к. в газах отсутствуют водяные пары (см. рис. :и.
т.е. :
находят из графиков
- средняя температура газа .
Эффективную длину пути луча находим согласно таблице для трубного пучка ( п. 9) ( после формулы (3.9.) ) и расчётной схеме.
=38
100
96
газ
Длина
труб
, тогда
по схеме п. 9а:
;
при находим из графиков :
Поглощательную способность газа находим по формуле (3.13.) при
.
Пример 3.9.
Определить коэффициент теплоотдачи излучением от потока к поверхности труб пароперегревателя парового котла, если температура газа на входе и на выходе из пароперегревателя. Принять температуру стенки постоянной по ходу потока газа и равной средней величине; степень черноты стенки.
Трубы расположены в шахматном порядке ( см. рисунок предыдущей задачи ) : ; поперечный шаги продольный шаг.
Давление газа . Газ содержит 10%и 4%.
Решение.
1. Находим эффективную длину пути луча по табл. п. 10. при, тогда
2. Парциальные давления компонентов пропорциональны объёмному содержанию. Тогда
3. Расчётная температура газа
4. По графикам : ;
5. Для расчёта по (3.6.) предварительно определими:
→
,
где :
; ;
. Принимаем .
Тогда по (3.6.) степень черноты газа :
6. Для расчёта поглощательной способности газа при температуре стенки по (3.13.) необходимо предварительно найти,ипри температуре стенки.
Аналогично п.4. , при замене на, получим из графиков :,,.
Тогда по (3.13.) поглощательная способность газа при температуре :
7. Эффективная степень черноты стенки в присутствии излучающего газа - по (3.12.) :
8. Плотность лучистого теплового потока от поглощающего газа к серой оболочке ( стенке ) - по (3.10.) :
9. Коэффициент теплоотдачи излучением
.
Пример 3.10.
Рассчитать и, пользуясь упрощённым методом : формулы (3.7.) , (3.8.), (3.14.) . Сравнить с результатами решения предыдущей задачи .
Решение.
1. По (3.8.) - коэффициент ослабления лучей :
( см. п.5. предыдущей задачи ) ;
- п.1. предыдущей задачи.
Тогда
2. По ( 3.7а) :
3. По (3.7.) степень черноты газов
4. -( п.7. предыдущей задачи )
5. Согласно (3.14.) и согласно (3.10.) :
,
что меньше ( предыдущая задача ) враза.
вместо в предыдущей задаче (п.9.) .