Главная Процесс переноса теплоты



Для определения используем систему уравнений, характеризующих теплообмен излучением на границе среды со стенками. Согласно (16-20) и (16-24) имеем: V

9р=£э*-£пад; (18-27)

Язф=%-(4--1)?р- (18-28>

Кроме того, к граничным условиям относится объемная плотность потока излучения в среде на границе со стенкой.

Для условий термодинамического равновесия объемную плотность энергии излучения можно выразить по закону Стефана - Больцмана (16-48):

«оСф=4а7"ш,

где Гж - абсолютная температура среды; Сф - скорость фотонов.

Найдем выражение плотности объемного излучения в среде на ее граинце через Е„вд и Яэф. Для этого введем средние яркости излучения:

Т эф. 7" Двд

аф--. над --•

Тогда

ИоСф== Jзфrf»-f J W»=2Яaф-f 2Я„,д. (18-29)

2. 2.

Совместное решение уравнений (18-27)-(18-29) позволяет найтн

А 2 А 2

Зависимость (18-30) выражает плотность потока результирующего излучения по толщине плоского слоя среды.

Применительно к двум граничным поверхностям из (18-30) получим уравнения (при х=0 и х=1):

gp= 1 1 : 1 1 = (18-31),

Л 2" АГ 2"

здесь -fti, Ьг соответствуют температурам поверхностей.

Выразим перепады температур из соотношений (18-31):

Кроме того, из зависимости (18-26) можно выразить перепад температур в слое среды:

»-»" = %, (18-33)

Складывая левые и правые части последних зависимостей, находим уравнение для плотности потока результирующего излучения р, Вт/м, в плосконараллельной системе при наличии промежуточной



поглощающей среды

Из уравнений (18-26) и (18-34) определяется распределение температуры по толщине слоя поглощающей среды:

Затем из (18-32) можно определить температурные перепады: Т\~Т\( -L). т\,-Г% = (А (18.36)

н перепад температур в самой среде из (18-33):

р,, j„iS (18-37)

На рис. 18-1 показано распределеиие плотности потока результирующего излучения в среде по (18-26) и температуры по (18-35).

Плотность потока изменяется линейно с изменением оптической толщины а/, причем это изменение существеино. Если среда является диатермичной или ее оптическая толщина L-al->-0, то зависимость (18-34) переходит в уравнение (17-9).

На границах среды со стенками имеют место скачки температуры i(18-36), которые пропорциональны термическому сопротивлению -----

лучистого теплообмена. Следовательно, если среда является оптически плотной, то существует тонкий лучистый слой у каждой поверхности стенок, аналогичный слою Кнудсена в кинетической теории, который обусловливает наличие скачков температуры и скорости в разреженном газе. Указанный режим называют режимом скольжения излучения.

Рассмотренный дифференциальный метод для плоского слоя достаточно удовлетворительно согласуется с результатами интегрального метода [Л. 89].

Точные дифференциальные методы, основанные на неносредствсн-ном решении уравнений переноса, приводятся в [Л. 1, 89, 163].

18-s. ОСОБЕННОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАЗОВ И ПАРОВ

Различают иесветящиеся и светящиеся газовые среды. Свечение газовой среды обусловливается наличием в ней раскаленных частиц -сажи, угля, золы. Такое светящееся пламя называют факелом.

Излучение факела определяется главным образом излучением содержащихся в нем твердых частиц. Присутствие в газовой среде значительного количества мелких взвешенных твердых частиц делает эту среду мутной.

К мутным средам кроме сажистого светящегося пламени можно отнести и другие запыленные потоки, например пылевые облака, туманы. Мутные среды характеризуются существенным рассеива-яием лучистой энергии.



Ниже рассматриваются особенности излучения несветящейся газовой среды, к которой относятся чистые газы и пары.

Одно-, двухатомные газы (гелий, водород, кислород, азот и др.)-практически являются прозрачными (диатермичными) для излучения. Трехатомные газы обладают бо.чьшей излучательной и ноглошательной способностью. К таким газам относятся СО2 и HjO, имеющие большое

практическое применение в теплоэнергетике; в топочных газах, как правило, они присутствуют одновременно.

В отличие от твердых и жидких тел излучение газов носит объемный характер, так как в нем участвуют все микрочастицы газа. Поэтому его поглощательная способность зависит от плотности и толщины газового слоя.

С увеличением плотности и толщины слоя газа его поглощательная способность увеличивает-избирательный (селективный) харак-только в определенных иитер-


Рис. 18-2. Полосы поглощения н2о.

ЗОтп

СЯ. Излучение газов носит тер. Они поглощают и излучают

валах длин волн. В остальной части спектра они являются прозрач-иыми Так, для СО2 и Н2О можно выделить по три основные по-

20 п

S в

Рис. 18-3. Псчосы пог.пощеиия со2.

лосы поглощения (рис. 18-2, 18-3 и табл. 18-1; буквы и цифры на рисунках соответствуют разным толщинам слоя газа). Из таблицы следует, что полосы поглощения СО2 частично совпадают с полосами поглощения НгО. Двуокись углерода обладает относительно узкими полосами поглощения. Спектральные полосы поглощения водяного пара характеризуются большей шириной. Вследствие этого поглощательная способность и степень черноты водяного пара существенно больше, чем двуокиси углерода.

Ширина отдельных полос излучения изменяется с температурой газа. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а по-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 [142] 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0128