- •Министерство образования и науки Украины
- •Конспект
- •Механика газов Лекция 1: Общие сведения о свойствах и движении газов
- •1.Газы сжимаемые и несжимаемые
- •2.Газы реальные и идеальные
- •Лекция 2: Ламинарное и турбулентное движение газов. Давление газов и его разновидности
- •1. Ламинарное и турбулентное движение газов
- •2. Давление газов и его разновидности
- •Лекция 3: Статика газов
- •1. Уравнение Эйлера
- •2. Распределение избыточного давления на стенки сосуда заполненного горячим газом
- •Лекция 4: Динамика газов. Основные уравнения движения газов
- •1. Понятие о линии тока и трубке тока
- •2. Уравнение сплошности (неразрывности) движения газов
- •3. Уравнение импульсов Эйлера
- •4. Уравнение Бернулли для трубки тока идеального газа
- •5. Вывод уравнения Бернулли в избыточных давлениях
- •Лекция 5: Применение уравнения Бернулли в расчетах
- •1. Потери давления на предоление местных сопротивленй и на трение.
- •2.Истечение газов через отверстия с острыми кромками
- •3. Истечение газов через насадки
- •4. Расчет высоты дымовой трубы
- •Лекция 6: Сверхзвуковое движение газов
- •1. Общие сведения
- •2. Движение газа по трубе переменного сечения
- •3. Истечение газов через простое сопло
- •4. Сопло Лаваля. Конструкция и режимы его работы
- •Лекция 7: Движение газов в рабочем пространстве печей. Тягодутьевые устройства
- •1.Причины движения газов. Свободное и вынужденное движение.
- •2. Свободные струи, их свойства.
- •3.Частично ограниченные струи.
- •4.Явление инжекции.
- •5.Тягодутьевые устройства:
- •Лекция 8: Теплопередача. Передача тепла теплопроводностью
- •1. Теплопроводность.Уравнение Фурье
- •2.Стационарная теплопроводность.
- •2.Свободная конвекция.
- •3. Вынужденная конвекция при продольном обтекании поверхности.
- •4) Вынужденная конвекция при поперечном обтекании труб и цилиндров.
- •Лекция 10: Излучение твердых тел
- •1. Общие сведения. Закон Стефана-Больцмана
- •2. Угловые коэффициенты излучения.
- •Лекция 11: Закон Кирхгофа. Излучение газов
- •1. Закон Кирхгофа.
- •2. Особенности излучения и поглощения газами тепловой энергии.
- •3. Определение степени черноты газов.
- •Лекция 12: Сложный теплообмен в рабочем пространстве печей
- •Лекция 13: Внутренний теплообмен при нагреве материалов. Нагрев тел при граничных условиях I, II, III рода
- •1.Основные понятия и определения.
- •2.Нагрев тонких тел.
- •3.Нагрев массивных тел. Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье
- •Лекция 14: Решение дифференциального уравнения теплопроводности Фурье при граничных условиях 3 рода.
- •1. Определение температур нагрева металла.
- •2. Определение продолжительности нагрева металла.
2. Особенности излучения и поглощения газами тепловой энергии.
Спектр поглощения газов является селективным. Это означает, что газы поглощают тепловую энергию в определенных интервалах длин волн , определяющих так называемые полосы поглощения. Как следует из закона Кирхгофа, газы могут испускать лучи только с теми длинами, что и лучи, которые они поглощают. Поэтому излучение газов является также селективным. Однако не все газы практически излучают и поглощают тепловые лучи. Спектр одно- и двухатомных газов ( кислорода, азота, окиси углерода и др.), встречающихся в составе печной атмосферы, состоит из очень низких полосок. Поэтому общее количество энергии, которое излучают эти газы, очень невелико и можно считать, что они совсем не излучают тепла.
Трехатомные и многоатомные газы, наоборот, могут излучать и поглощать большое количество тепла. Наибольшее практическое значение имеет излучение СО2 и водяных паров Н2О, поскольку из них (наряду с N2) в основном состоят дымовые газы. Спектры этих газов очень сложны. Для СО2 обычно принимают три полосы излучения и поглощения, соответствующие следующим интервалам длин волн, мкм: 2,3-3,02; 4,01-4,80 и 12,5-16,5.
Для Н2О эти интервалы длин волн равны 2,24-3,27; 4,8-8,5 и 12,0-25,0 мкм. В отличие от твердых тел, излучение и поглощение газами происходит в объеме (у твердых тел – с поверхности).
Поглощение газами тепловой энергии наблюдается в результате поглощения тепла встречающимися молекулами. Количество встречающихся молекул зависит от концентрации газа, выражаемой его парциальным давлением Р и эффективной толщиной газового слоя Sэф. Большое влияние оказывает также температура. Поэтому поглощение газами тепловой энергии Аг= f (T; P; Sэф). По закону Кирхгофа можно записать то же самое для степени черноты газов: г= f (T; P; Sэф), поскольку Аг= г.
Излучение газами тепловой энергии, как показали исследования, для СО2 пропорционально Т3,5, а для Н2О пропорционально Т3. Применение различных законов излучения для твердых и газообразных тел очень сильно затруднило бы расчет, поэтому для практических расчетов излучения газов также применяют закон Стефана-Больцмана: qг=г С0 (. Погрешность, вносимая допущением о том, чтоqг= f (Т4), учитывается при определении г [ в действительности, q= f(T3,5), q= f (T3)].
3. Определение степени черноты газов.
Как мы указывали ранее, степень черноты газов г зависит от температуры газа, его парциального давления и эффективной толщины газового слоя (средней длины пути луча). Обычно температура газов известна. Парциальное давление газов можно получить из расчета горения топлива. Например, если в продуктах горения содержится 10%СО2 и 15%Н2О, то, следовательно, их парциальные давления соответственно равны 0,1 и 0,15 общего давления печной среды (0,1ат, 0,15ат).
Эффективная толщина газового слоя (средняя длина луча) определяется по формуле: Sэф=0,9, м, гдеV – объем, заполненный излучающим газом, м3;
F – поверхность всех стенок, ограничивающих этот объем, м2;
0,9 – постоянный коэффициент.
Для определения степени черноты газов пользуются графиками, с помощью которых находят сначала степень черноты и условную степень черноты водяных паров . Условную степень черноты необходимо умножить на поправку и найти степень черноты =. Общую степень черноты газов находят суммированием полученных степеней черноты отдельных газов:г= + = + .