Теплообмен в установках для обработки

    СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Практическое занятие №4.

Расчет передачи тепла лучеиспусканием. Инфракрасный прогрев.

Целью практического занятия является ознакомление с методикой расчета теплообмена излучением.

Методика включает в себя 2 типа расчетов:

1. Расчет передачи тепла лучеиспусканием от газов.

2. Расчет инфракрасного излучения от нагревателей различного типа.

Передача тепла лучеиспусканием рассчитывается при обработке изделий дымовыми газами и при прогреве инфракрасными излучениями.

Тепловой поток от дымовых газов, Вт/м²,

,

где С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютного черного тела = 5,7 Вт/(м²К⁴);  – степень черноты оболочки;  – степень черноты полного нормального излучения материалов кладки печей;  – степень черноты дымовых газов;         – степень черноты углекислоты (рис.П.1.прил.) определяется в зависимости от температуры газа и произведения парциального давления углекислоты  и эффективной толщины газового слоя S, м,

S=3,6 V/F,

где V – объем, заполненный излучающим газом, м³; F – поверхность стен, ограничивающих этот объем, м²; для плоскопараллельного слоя толщиной S=1,1S₀; для пучка труб d, расположенных по квадрату с шагом 2d, S=3,5d;  – степень черноты водяного пара определяется по рис. П2 прил., аналогично ; β – поправочной коэффициент на пропорциональное давление , зависящий от  и S; β=1-1,15 тем больше, чем >  и меньше ; в среднем – 1,1;  – незначителен (можно не учитывать); Т_r и T_ст – абсолютная температура газов и стенки, К;  – поглощающая способность газа, зависящая от температуры стенки.

Количество тепла, воспринимаемого поверхностью, с температурой при инфракрасном излучении, Вт,

,

где Т₁ и Т₂ – абсолютная температура поверхностей.

Приведенная степень черноты поверхностей:

,

где F ₁ и F ₂ – площадь поверхностей, м².

 

Пример 1. Определить поток тепла лучеиспусканием от газов к стенкам, если температура газов 1000 ^оС, объемные доли СО₂ – 12 %, Н₂О – 10 %.

Размеры рабочего пространства 0,2х2х0,3 м.

Решение.

Парциальные давления Р_СО2 и Р_Н2О равнозначны их объемному содержанию в дымовых газах, т.е. Р_СО2 = 0, 12 и Р_Н2О = 0,1 атм. /абсолютная/ или соответственно 12 и 10 кН/м².

Эффективная толщина газового слоя

.

Произведение Р_СО2∙S = 12 ∙ 0,2 м∙кН/м²; Р_Н2О∙S = 10∙0,2 м∙кН/м².

Значение ε _СО2, ε _Н2О по графикам рис.П.1 и П.2 приложения при температуре 1000 ^оС.

Соответственно 0,062 и 0,032; при 900 ^оС – 0,67 и 0, 0367.

Поправка  в обоих случаях 1,08:

 ε _г = 0,062 + 1,08∙0,032 = 0,097;

А_г = ;

q = 5,7∙0,9[ 0,097∙(1273/100)⁴ – 0,11∙(1173/100)⁴] = 2980 Вт/м².

Пример 2.

Определить количество тепла, отводимого с 1 м² кирпичной стенки излучением к параллельной стенке, покрытой гладкой окисленной сталью t₁ = 215^оС, t₂ = 25 ^оС.

Решение.

Из табл. П.10 приложения определяем ε₁ = 0,9; ε₂ = 0,8:

ε_пр = ;

Q = 5,7∙0,735∙1∙[488/100 – 248/100] = 19988 Вт.

 

Задача 1. Определить поток лучеиспусканием от газов.

 

Таблица 3.6

Исходные данные для расчета

№ варианта	Газов ^0С tr	Стенки ^0С tст	Объемные доли		Размеры рабочего пространства
			СО2, %	Н2О,%
1	800	200	10	8	3х3х4
2	900	300	12	10	4х4х5
3	1000	400	14	12	5х5х6
4	1100	500	15	10	6х6х7
5	1200	600	8	10	7х7х8
6	1250	700	10	12	8х8х9
7	1300	800	12	14	9х9х10
8	1350	900	10	15	10х10х11
9	1400	1000	15	15	11х11х12
10	1450	1100	10	10	12х12х13

Задача 2

В пустотах ж/бетонных плит перекрытий установлены электрические стержневые излучатели с температурой поверхности равной        t₂ = 1100 ⁰C. Лучистый поток от излучателя составляет 8100 вт/м². Температура поверхности бетона равна t₁ = 80 ⁰C. Определить коэффициент теплопередачи лучеиспусканием (α=8 вт/м² град.).

Задача 3

Определить поток тепла лучеиспусканием при передаче тепла от металлического (стального) излучателя температурой 190 ⁰С к гипсовому изделию с температурой 100 ⁰С.

Задача 4

Деревянное изделие высушивается при температуре 60 ⁰С. Излучающими поверхностями являются стенки газоходов, покрытые асбестом и имеющие температуру 220 ⁰С. Определить удельный поток тепла лучеиспусканием.

Задача 5

Листы сухой штукатурки, покрытые бумагой, высушиваются при температуре 80 ⁰С. Определить коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием от стального излучателя, если его температура 300 ⁰С.

Задание 6

Определить коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием при передаче тепла кирпичной стенки температурой 900 ^оС (кирпич огнеупорный) к стене, покрытой известковой штукатуркой и имеющей температуру 60 ^оС.

Задание 7

Стальной излучатель температурой 1000 ^оС передает тепло параллельной стене с температурой 100 ^оС. В каком случае передача тепла лучше, если стена из алюминия или из оцинкованной стали?