 |
5,67×Вт / м2×К4, т. е. равным С0, чем учитывают рост потерь вследствие перечисленных выше причин.
|
|
|
|
5, 67× Вт / м2× К4, т. е. равным С0, чем учитывают рост потерь вследствие перечисленных выше причин.
16. ИЗЛУЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ НЕ ФУТЕРОВАННЫЕ ДВЕРЦЫ ПЕЧИ
В ряде случаев окна печи закрываются не заслонками, футерованными огнеупорным кирпичом, а металлическими дверцами. За счёт воздействия на закрытые дверцы лучистых тепловых потоков, исходящих из рабочего пространства печи, дверцы нагреваются. Выполняя роль экранов дверцы уменьшают потери тепла в окружающее пространство, но полностью свести их к нулю не в состоянии. Величина тепловых потерь излучением через окна, закрытые металлическими дверцами, может быть определено по уравнению Г. П. Иванцова.
Q = CM× 
,
а температура дверцы
Тм = 
,
где СМ - коэффициент излучения стальной или чугунной дверцы, равный 5, 2 Вт / м2 К4;
Т1 - температура печи, К;
Т2 - температура цеха, К;
F - площадь отверстия, закрываемого дверцей, м2;
Ф - коэффициент диафрагмирования.
Для уменьшения тепловых потерь и понижения температуры дверцы на её внутренней стороне устанавливают металлический щиток, являющийся дополнительным экраном. При установке такого щитка тепловые потери снижаются примерно 1, 5 раза по сравнению с потерями через металлическую дверцу, не снабженную щитком.
17. ЗАЩИТА ОТ ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЭКРАНОВ
Для того чтобы ослабить лучистый поток, падающий на обслуживающий печь персонал, применяют тепловые экраны, выполненные обычно из тонкого стального листа.
Предположим, что такой экран помещен между двумя параллельными пластинами, температура и коэффициенты излучения которых соответственно Т1; С1; Т2; С2. Если экран изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, а его толщина достаточно мала, то можно считать, что температура обеих поверхностей экрана одинакова, ТЭ. Считаем, что
|
|
|
Т1 > T2.
Количество тепла, передаваемого с первой поверхности на вторую без экрана, будет равно
Q1, 2 = CПР× , (35)
где
СПР =.
Примем, что коэффициент излучения экрана, С1 = С2 = СЭ и поверхности F1 = F2 = FЭ = F.
Тепловой поток от первой поверхности на экран и с экрана на вторую поверхность будут равны между собой, следовательно
,
или
,
отсюда
. (36)
Количество тепла, которое передает первая поверхность на вторую при наличии экрана, будет равно тому количеству тепла, которое получает экран с первой поверхности и далее передает на вторую, следовательно
QЭ1, 2 = СПР 
(37)
Подставляя значение ( ТЭ / 100 )4 из уравнения (36) в уравнение (37) получим
,
или
. (38)
Сравнивая уравнения (35) и (38) видим, что при наличии одного экрана тепловой поток от пластины 1 к пластине 2 уменьшается в два раза.
Если между поверхностями поместит n экранов, то тепловой поток уменьшится в n + 1 раз, т. е.
.
Если изменить степень черноты экрана в сторону уменьшения, то тепловой поток будет уменьшаться. Например, уменьшение eЭ с 0, 8 до 0, 05 ( e1 = e2 = 0, 8 ) приводит к снижению степени черноты системы в 27 раз.
Поэтому для экранирования целесообразно использовать пластины, обладающие высоким коэффициентом отражения.
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ГАЗОВ
18. ОСОБЕННОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАЗОВ
Газы обладают способностью испускать и поглощать лучистую энергию, но для различных газов эта способность различна.
Поглощение и испускание газом тепловых лучей связано с квантовым переходом молекул с одного энергетического уровня на другой. Энергию молекулы можно представить как сумму электронной ЕЭ, колебательной ЕК и вращательной ЕВ энергий. Спектр испускания связан с характером перехода.
|
|
|
.
Где, h = 6, 62× 10-34 Дж× с - постоянная Планка.
Так как изменение электронной энергии молекулы в десятки раз превышает ЕК и в тысячи - ЕВ, то nЭ > nК + nВ.
Поэтому электронный спектр молекулы располагается в ультрафиолетовой и видимой областях, а к олебательный и вращательный находятся в инфракрасной области спектра.
Таким образом, в соответствии с законом Вина при умеренно высоких температурах ( до 3100 К) основное значение имеет изменение вращательно - колебательного уровня. Изменение электронного уровня начинает сказываться лишь при более высоких температурах.
Однако вращательно - колебательный спектр отсутствует у молекул, дипольный момент которых равен нулю.
Поэтому двухатомные газы с симметричными молекулами, такие как N2, О2, Н2 не испускают и не поглощают тепловые лучи, т. е. практически являются диатермичными.
Слабой излучательной способностью обладают двухатомные газы с несимметричной молекулой, т. е. состоящие из разных атомов (СО). Значительной излучательной и поглощательной способностью обладают лишь многоатомные газы ( СО2, Н2О, SO2, аммиак NH3 и др. ).
Для теплотехнических расчетов наибольший интерес представляют углекислый газ и водяной пар, т. к. эти газы образуются при горении топлива.
В отличие от большинства твердых тел излучение газов происходит в определённых интервалах длин волн, расположенных в различных участках спектра, т. е. является селективным. По закону Кирхгофа на участках спектра излучения происходит поглощение лучистой энергии, проходящей через газ. Полосы излучения в спектре совпадают с полосами поглощения. В энергетическом отношении для углекислого газа и водяного пара основное значение имеют три полосы. Для углекислого газа, мкм: l - 2, 4 - 3, 0; 4, 0 - 4, 8; 12, 5 - 16, 5. Для водяного пара, мкм: l - 2, 2 - 3, 0; 4, 8 - 8, 5; 12 - 30.
В отличие от углекислого газа, который обладает сравнительно узкими полосами излучения, водяной пар характеризуется значительно более широкими спектральными полосами излучения, в силу чего его степень черноты выше, чем у углекислого газа при прочих равных условиях. Ширина отдельных полос увеличивается с увеличением температуры.
|
|
|
Процессы испускания и поглощения лучистой энергии в непрозрачных твердых телах происходят на поверхности. В газах же излучение и поглощение всегда происходит в объеме. Как известно, поглощение излучения всегда связано с его взаимодействием с молекулами тела. Молекулы газа в период между столкновениями практически не взаимодействуют друг с другом и, следовательно, их взаимодействие с излучением является индивидуальным. В таком случае поглощение излучения должно быть функцией числа молекул, находящихся на пути луча (гипотеза Бугера - Беера). Поскольку число молекул зависит от парциального давления газа, то поглощение должно зависеть от произведения парциального давления на длину пути луча (толщину слоя).
Для углекислого газа, при общем давлении смеси газов равном атмосферному, отклонение от гипотезы Бугера - Беера не велико и поэтому в теплотехнических расчетах не учитывается.
Для водяного пара о тклонение от гипотезы Бугера - Беера значительно и учитывается в расчетах.
Плотность интегрального излучения для СО2 и Н2О по опытным данным может быть представлена приближенными зависимостями:
|
|
|
