Тема 2.2.8. Теплообмен излучением между твердыми телами

Q₄

Q₁

Q₃

Q₄ = 0

(излучают сами на себя)

Ме

Q₁

Q₂

Q₃

Q₂

Ме

Дана электрическая печь, эл. нагревательные элементы расположены на своде и они излучают тепловую энергию Q во всех направлениях. Не трудно определить какую часть всей излучаемой энергии Q свод будет излучать на стенки и лежащей на поде металл:

• на левую стенку: ;

• на правую стенку: ;

• на металл: .

Каждый из этих отношений называется угловым коэффициентом , который показывает, какая часть всей излучательной тепловой энергии одного тела или поверхности попадает на другое тело или поверхность.

Угловые коэффициенты связаны между собой определенными соотношениями.

1. Правило замыкаемости.

Очевидно, что для замкнутой системы:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q.

Разделим все на Q:

Отсюда:

_1.1 + _1.2 + _1.3 = 1,

то есть сумма  для замкнутой системы равна 1, то есть:

.

2. П

   F₂

   равило взаимности.

F₁

F₂

а)

б)

F₂

F₁

в)

F₁

Установлено что если две поверхности F₁ и F₂ лучеиспускают друг на друга, то будет справедливо равенство:

F₁  _1.2 = F₂  _2.1.

Частный случай:

а) две большие близкорасположенные друг к другу плоскости:

_1.1 = _2.1 = 1.

Вывод:

_1.1 + _1.2 = 1,

_2.2 + _2.1 = 1.

Но для плоскости:

_1.1 = 0 и _2.2 = 0.

Тогда:

_1.1 = _2.1 = 1.

б) две концентрические шаровые поверхности или два одноосных цилиндра:

_1.2 = 1; ; .

в) внутренняя поверхность F₂ сегмента длинного цилиндра и плоскость F₁, является основанием сегмента:

_1.2 = 1; ; .

Тема 2.2.9. Общее уравнение теплообмена между двумя серыми поверхностями в замкнутой системе

Количество тепла, передаваемое излучением между двумя поверхностями, пропорционально разности температур тел четвертой степени и зависит от геометрических форм взаимного расположения поверхности и степени их черноты.

Количество тепла получаемое первой поверхностью при Т₂Т₁:

,

где С_пр – приведенный коэффициент излучения обеих поверхностей.

.

Теплообмен при наличии экрана

Для того чтобы ослабить лучистый поток, падающий на обслуживающий печь персонал, применяют тепловые экраны, выполняемые обычно из стального тонкого листа.

П

1 э 2

римем что степень черноты ₁ = ₂ = _э. Применяя общее уравнение теплообмена, определим, что плотность теплового потока от поверхности к экрану равна:

(*)

q_2-э = q_э-1 ;

.

Подставим в любое уравнение из (*) найденное значение Т_э, получим:

;

;

;

.

При отсутствии экрана:

.

Отсюда следует, что применение экрана уменьшает лучистый поток в 2 раза.

Тема 2.2.10. Излучение газов и пламени

В металлургических печах решающее значение имеют тепловое излучение газов, образующихся от горения топлива и от физико-химических превращений перерабатываемых материалов.

Наибольшей поглощательной и излучательной способностью обладают многоатомные газы (СО₂, Н₂О, SО₂), двухатомные газы (N₂, H₂, O₂) имеют ничтожно малые способности излучательной и поглощательной лучистой энергии и могут считаться практически теплопрозрачными. Твердые непрозрачные тела поглощают и излучают тепловые лучи с поверхности, а газы по всей толщине слоя.

Плотность лучистого потока газа рассчитывается по закону Стефана – Больцмана с поправкой – коэффициентом, называемым степенью черноты газа:

.

Излучающие тепло газы металлургических печей (МП) могут быть светящиеся и несветящиеся.

Светящиеся – содержат твердые частицы (пыль, зола, уголь); обладают наиболее интенсивным излучением;  = 0,40,8.

Несветящиеся – несодержат твердых взвешенных частиц;  = 0,10,4.

В печной технике часто прибегают к искусственному увеличению степени черноты газов введением в них сажестого углерода (подсвечивание или карбюризация пламени).

Количество тепла передаваемое излучением от газа к стенке и наоборот при Т_гТ_ст определяется по формуле Поляка:

.