где 8_СХ — степень черноты стенки.

В топочных камерах трубчатых печей и котлов излучают продукты сгорания, содержащие С0₂, Н₂0 и другие трехатомные газы, а также светящиеся пламена. Светимость пламени обуслов- лена наличием взвешенных частиц горящего углерода, сажи и золы. Излучение светящегося пламени приближается по своим свойствам к излучению серого тела, а при больших толщинах — к излучению абсолютно черного тела.

8. Передача тепла лучеиспусканием и конвекцией

При решении многих практических задач приходится иметь дело с совместным теплопереносом как конвекцией, так и излу- чением. Поэтому целесообразно привести уравнения лучистого теплообмена к виду, включающему разность первых степеней температур. Для этой цели используется соотношение

m-m^m¹¹s*- <■««

С учетом этого соотношения, например, уравнение (IX,54) можно записать в виде

Срез = ^ - W¹-^{2 = asH}" ^(Г* - ^(1Х'⁶²⁾

Потоки теплоносителя и сырья вносят в аппарат тепло Q_np_Hx» часть тепла, вносимого теплоносителем, воспринимается сырьем Q_noJ1, а остальная часть тепла уносится теплоноси- телем Q_yx и в виде теплопотерь Q_nOT.

Согласно приведенной на рис. IX-9 схеме, можно составить тепловой баланс теплообменного аппарата в следующем виде:

QnpHx = Qno.l 4~ Qyx ~~Ь QnOT

Откуда тепло, полезно воспринятое сырьем, составит

Опол = QnpHX — Qyx QnOT (IX ,66)

Разделив обе части этого равенства на величину Q_npnx, по- лучим

<2пол _{= 1} Qyx QnOT (IX,67)

QnpHx QnpHx QnpHX

отношение полезно воспринятого

Отношение Q_uoJQ^

тепла к общему количеству тепла, введенному в аппарат, есть коэффициент полезного действия теплообменного аппарата rj. Тогда уравнение (IX,67) можно записать в виде

т] = 1 — _n^Qyx ®^пот (IX,68)

QnpHX QnpHX

Таким образом, к. п. д. теплообменного аппарата определяется в основном двумя факторами: количеством тепла, уходящего

I

прнх)

т. е.

■*прих

Рис. IX-9. Принципиальная схема тепловых потоков в теплообменном устройстве: а — обогрев жидкостями; б — обогрев продуктами сгорания; / — стальной кожух (корпус); 2 — тепловая изоляция; 3 — несущая конструкция; 4 — огнеупорная футе­ровка.

с теплоносителем, Q_yx и потерями тепла в окружающую среду Q_n0T- Необходимо иметь в виду, что величина к. п. д. зависит не просто от величин Q_yx и Q_n0T, а от их относительных величин, т. е. по отношению к Q_npHx- Поэтому аппараты большой единичной мощ­ности (Qnpnx велико) имеют большую величину к. п. д. по сравне­нию с менее производительными аппаратами.

Обычно потери тепла для аппаратов разных типов составляют от 2 до 10%. Величина теплового потока, уходящего с тепло- носителем, Q_yx определяется типом аппарата и технологическими параметрами процесса. Обычно часть тепла Q_yx может быть реге- нерирована при нагревании другого потока, имеющего более низкую температуру, чем t_lK.

Из изложенного следует, что наряду с совершенствованием общей системы теплообмена, позволяющей максимально исполь-

зовать тепло Q_yx, необходимо со- вершенствовать конструкцию аппа- рата, чтобы уменьшить теплопотери в окружающую среду Q_nот. Умень

Рис. IX-10. Изменение разности температур при теплопередаче через стенку аппарата в ок- ружающую среду.

шения величины Q_n0T можно достичь совершенствованием те­пловой изоляции аппарата. На рис. IX-9 приведены эскизы основных элементов конструкции стенки аппарата при обогреве жидкостями (рис. IX-9, а) и продуктами сгорания (рис. IX-9, б).

Стенка аппарата включает сравнительно тонкий стальной корпус (кожух) 1 и один или несколько слоев теплоизоляции 2. Аппараты с огневым обогревом (трубчатые печи, паровые котлы и т. п.) изнутри имеют слой огнеупорной футеровки 4. Иногда стенка включает также элементы несущей конструкции каркаса 3. Для расчета теплопередачи через такую стенку с целью определе­ния величины Q_noT используют основное уравнение теплопере­дачи (IX,65) в виде

QnoT = KF At_Cp (IX,69)

Как следует из этого уравнения, для снижения теплопотерь в окружающую среду необходимо совершенствовать конструкцию аппарата с целью уменьшения его габаритов (уменьшается F) и совершенствовать тепловую изоляцию с целью уменьшения величины коэффициента теплопередачи К, т. е. увеличения тер­мического сопротивления стенки, равного 1/К. Средняя разность температур At_cp зависит от технологического процесса, типа при­меняемого аппарата и определяется из известного уравнения

д/ _ 1₂) — (tin — h) — /TV 7Q\

In (hnltix)

Основное внимание при выборе типа и конструкции тепловой изоляции необходимо обращать на получение возможно большего термического сопротивления стенки 1 /К. Величину К рассчиты­вают по уравнениям (IX, 17) или (IX,26) в зависимости от про­филя поверхности стенки. По уравнению теплопроводности рас­считывают изменение температуры в стенке и температуру на­ружной поверхности стенки t_CT.

Следует обратить внимание на тот факт, что температура стенки t_CT должна быть по возможности меньше, так как коэф­фициент теплопередачи от стенки к окружающему воздуху воз­растает с увеличением разности температур t_CT — t₂, согласно уравнению

4

а₂ = А У t_CT —U

(IX,72) 173