Излучение газов

В прозрачной среде

Теплообмен излучением системы тел

Рассмотрим теплообмен между двумя единичными поверхностями, обращенными друг к другу с небольшим зазором (рис. 5.3), причем Т₁>Т₂. В этой системе Е₁ — энергия собственного излучения первого тела на второе, Е₂ — второго на первое. Ввиду малого расстояния между ними практически все излучение каждой из рассматриваемых поверхностей попадает на противоположную. Однако часть этой падающей энергии поглощается телом (АЕ_пад), а часть отражается (RE_пад) или (1 – А)Е_пад

Рис.5.3 Схема лучистого теплообмена

между двумя телами

Сумма потоков собственного и отраженного телом излучения называется эффективным излучением

Е_эф= Е + RE_пад.

Для непрозрачного тела (D = 0 и R = 1 – A), выражение Е_эф запишется в виде Е_эф= Е + E_пад (1 – А).

Каждое из рассматриваемых тел имеет эффективное (полное) излучение, соответственно Е_эф1 и Е_эф2. Для первого тела

Е_эф1 = Е₁+Е₂(1–А₁)

Аналогично для второго тела

Е_эф2 = Е₂+Е₁(1–А₂).

Плотность результирующего потока излучения от первого тела на второе равна

q_л = Е_эф1 – Е_эф2

Подставляя найденные из совместного решения уравнений выражение Е_эф1 и Е_эф2, получаем

.

Заменим величины Е₁ и Е₂ по формуле Е = с₀ ε(Т/100)⁴. Тогда

.

Будем считать что степень черноты обеих поверхностей не меняется в диапазоне температур от Т₁ до Т₂. Следовательно, по закону Кирхгофа А₁=e₁ и А₂=e₂. Заменяя А на e и вынося e₁e₂с₀, получаем:

Величина = e_пр

называется приведенной степенью черноты системы тел.

С учетом e_пр получим формулу для полного результирующего потока излучения между телами

(5.1)

где F – площадь теплообменной поверхности одинаковая в нашем случае для обоих тел.

Из = e_пр видно, что e_пр меняется от нуля до единицы, оставаясь всегда меньше e₁ и e₂.

На практике часто наблюдается одна теплообменная поверхность полностью охватываемая другой. В отличие от теплообмена между близко расположенными поверхностями с равными площадями здесь лишь часть излучения поверхности F₂ попадает на F₁. Остальная энергия воспринимается самой же поверхностью F₂. Тепловой поток, передаваемый излучением от внутреннего тела к внешнему, можно также определить по формуле (5.1), если вместо F подставить поверхность меньшего тела F₁, а степень черноты системы определить по формуле:

В случае излучения в неограниченное пространство, когда F₁F₂, ε_пр= ε₁ и результирующий поток излучения определяется по уравнению

.

Газы обладают различной способностью излучать и поглощать энергию. Одно- и двухатомные газы (кислород, азот и др.) практически прозрачны для теплового излучения. Значительной способностью излучать и поглощать энергию излучения обладают многоатомные газы: диоксид углерода и серы, водяной пар, аммиак и др. Наибольший интерес представляют сведения об излучении диоксида углерода и водяного пара, образующихся при сгорании топлив. Продукты сгорания топлив представляют собой смесь нескольких газов. Интенсивностью их излучения в основном определяется теплообмен между газообразными продуктами сгорания и нагревательными поверхностями в топке.

Излучение газов носит объемный характер. Способность газа излучать энергию изменяется в зависимости от плотности и толщины газового слоя. Чем выше плотность излучающего компонента газовой смеси (определяется парциальным давлением p газа) и чем больше толщина слоя газа l, тем больше молекул принимает участие в излучении и тем выше его излучательная способность и коэффициент поглощения. Поэтому степень черноты газа e_Г обычно представляют в виде зависимости от произведения pl и приводят в номограммах. Поскольку полосы излучения диоксида углерода и водяных паров не перекрываются, степень черноты содержащего их топочного газа в первом приближении можно считать по формуле:

e_Г = e_СО2 + e_H2O.

Плотность потока излучения от газа к окружающим его поверхностям теплообмена (стенки топки) определяют по формуле:

ε_пр = ε_Г ε_С / [ε_Г + ε_С (1– ε_С)],

где ε_С — степень черноты стенки.

Дата добавления: 2014-01-20