13.1.3. Теплообмен в системе с излучающим газовым телом

Результирующий удельный тепловой поток, Вт/м², излучаемый от газа к окружающей его стенке, рассчитывается по формуле

Q=. (13.11)

где T_Г и T_cT  — температуры соответственно газа и стенки. К; ε_ст.эфф— эффективная степень черноты стенки, которая несколько выше где действительной степени черноты из-за присутствия излучающего газа.

Приближенно эффективная степень черноты может быть определена по формуле

   (13.12)

где ε_ст — действительная степень черноты стенки; ε_Г и α_Г — степень черноты излучаемого газа и поглощательная способность газа при температуре стенки.

Излучение газа рассматривается как излучение несветящегося пламени. Двухатомные газы практически не излучают и прозрачны для теплового излучения. В продуктах сгорания и других печных атмосферах наибольшее значение имеет излучение трехатомных газов: двуокиси углерода СО² и водяного пара Н²О.

Излучение двуокиси углерода пропорционально абсолютной температуре в степени 3,5, а излучение водяного пара — кубу абсолютной температуры. В практических расчетах для упрощения методики условно принимают, что излучение газов пропорционально четвертой степени их абсолютной температуры. При этом в величины степени черноты газов вводят соответствующие температурные поправки.

На рис. 13.3 и 13.4 приведены степени черноты соответственно двуокиси углерода ε_CO2 и водяного пара, в зависимости от температуры газа и произведения парциального давления P* на эффективную длину пути луча l

соответствующего газа  P_CO2l или 

Рис. 13.3. Степень черноты двуокиси углерода ε_CO2

* Парциальное давление газа в смеси, Па, определяется как произведение его содержания в смеси (в долях) на абсолютное давление смеси (105 Па).

Значения эффективной длины пути луча l для различных встречающихся на практике форм газового объема приведены в табл. 13.2. В нестандартных случаях значения эффективной длины пути луча, м, могут быть рассчитаны по приближенной формуле

i=3.6V/F   (13.13)

где V—объем газового тела, м³; F— площадь поверхности, ограничивающей газовое тело, м².

В определенную по рис. 13.4 степень черноты водяного пара  необходимо ввести поправку В на его парциальное давление. Эта поправка определяется по рис. 13.5 в зависимости от значений  , а степень черноты водяного пара вычисляется как произведение

Суммарная степень черноты газа несколько ниже суммы степеней черноты входящих в нее двуокиси углерода и водяного пара и определяется по формуле

ТАБЛИЦА 13.1. ЭФФЕКТИВНАЯ ДЛИНА ПУТИ ЛУЧА l ДЛЯ ОБЪЕМОВ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ

Рис. 13.5. Поправочный коэффициент В на парциальное давление водяного пара

На графиках приведена зависимость степени черноты продуктов сгорания от их температуры t_п.с. и приведенной толщины слоя, равной произведению эффективной длины пути луча l на поправку β, зависящую от коэффициента расхода воздуха в продуктах сгорания а. Значения поправки р можно определить по рис. 1.8.

Зависимости рис. 1.1—1.7 можно использовать и для других горючих газов, подбирая по табл. 1.4 состав газового топлива, наиболее близкий к рассматриваемому.