Теплообмен в поглощающих и излучающих средах.

Уравнение определяющее изменение интенсивности луча за счет поглoщения, излучения и рассеивания среды называется уравнением переноса лучистой энергии.

Интенсивность излучения по отдельным длинам волн при прохождении в направлении через слой поглощающей среды толщиной уменьшается пропорционально этой интенсивности и безконечно малому пути луча:

(2.90)

здесь ε — спектральная поглощательная способность среды.

Этот закон получил название закона Бугера. В нем коэффициент конвективной теплоотдачи увнличивается с ростом массовой концентрации частиц и именьшением их размера. Коэффициент поглощения слоя запыленной среды толщиной x=l равен

 

(2.80)

 

Таким образом, коэффициент поглощения (а, следовательно и степень черноты) слоя запыленной среды, в отличие от твердого тела, зависит от его толщины и концентрации пыли.

Основными источниками тепловой энергии в промышленных печах являются трехатомные газы. Они обладают большой излучательной и поглощательной способностью. К таким газам относятся СО2 и Н2О.

Плотность собственного интегрального излучения этих газов по опытным данным выражается соотношениями

(2.81)

 

(2.82)

 

где

р — парциальное давление, Па;

  l — средняя длина пути луча, м.

 

Степень черноты дымовых газов рассчитывается следующим образом:

 

(2.83)

 

где

— степени черноты соответствующих газов, определяемые по графикам экспериментальных данных в зависимости от температуры и параметра (p×l).

Парциальное давление соответствующего компонента в смеси по его процентному содержанию определяется следующим образом:

 

(2.84)

 

Средняя длина пути луча определяется из соотношения

 

(2.85)

 

где

V — объем газового тела, м³;

3,6 — поправочный коэффициент;

F — поверхность, ограничивающая заданный газовый объем, м².

Теплообмен излучением в рабочей камере печи непрерывного действия рассчитывается по формуле

 

 

(2.86)

 

где

Сг. к. м. — приведенный коэффициент излучения в системе газ-кладка-металл.

Температура кладки рассчитывается следующим образом

 

(2.87)

 

где w = Fк/Fм — степень развития кладки;

 

(2.88)

 

При расчете теплообмена излучением в печах периодического действия необходимо учитывать поглощение тепла кладкой.

Примеры решения задач

1.Какой должна быть степень черноты экрана  для того, чтобы при наличии одного защитного экрана между обмуровкой и стальной обшивкой тепловые потери в окружающую среду за счет излучения не превышали q_1,2=E=50 Вт/м²? Температура внешней поверхности обмуровки t₁=423, К, а температура стальной обшивки t₂=323 К. Степень черноты шамота ε_ш=0,6 и листовой стали ε_ст=0,7.

Решение

 

Определяем приведенную степень черноты

Где A_1,2- приведенная степень черноты тела

  

=0,04

2.Определить плотность потока собственного излучения металлической заготовки, температура поверхности которой t_c=1374 К, а степень черноты ε= 0,9. Вычислить длину волны, которой соответствует максимальная спектральная плотность излучения.

Определяем плотность потока собственного излучения металлической заготовки по закону Стефана-Больцмана.

По закону смещения Вина определяем максимальную длину волны, которая соответствует максимальной плотности потока излучением.

 

λmax·T=2,89·10³

 

λmax=2,89·10³/1373=2,11 мкм