4.2.1. Випромінювання крізь отвір

Тепловий потік, що випромінюється крізь отвір, залежить від розмірів отвору, товщини стіни та часу відкриття отвору:

Q=5,67·[ - ]·F·φ·τ , Вт (4.8)

де Т_п – температура в печі, ⁰К;

Т_навк – температура навколишнього простору, ⁰К;

F – площа отвору, м²;

φ – коефіцієнт діафрагмування, залежить від кута розкриття під яким розповсюджується променевий тепловий потік, визначається з графіка (рис. 4.1) в залежності від відношення діаметра отвору до товщини стіни та форми отвору;

τ – час розкриття отвору, долі одиниці. При безперервному відкритті τ=1, при періодичному – частка від 1 (наприклад, отвір відкритий 1 годину за зміну, яка дорівнює 8 годин. Тоді τ=1/8=0,125).

1 – прямокутний витягнутий отвір; 2 – прямокутний; 3 – квадратний; 4 – отвір у вигляді кола

Рисунок 4.1. – Графік для визначення коефіцієнта діафрагмування

4.2.2. Теплообмін випромінюванням між двома поверхнями

Кожне тіло одночасно випромінює і поглинає теплоту, тому кількість теплоти переданої випромінюванням з однієї поверхні на другу – це різниця теплоти, що поглинається та випромінюється. Наприклад, кількість теплоти, що поглинається тілом 1 (з меншою температурою) при теплообміні з тілом 2:

Q=С_пр·[ - ]·F₁·φ_1-2 , Вт (4.9)

де С_пр – приведений коефіцієнт випромінювання для системи. У загальному випадку:

С_пр= , Вт/м²·К⁴ (4.10)

де ε₁ , ε₂ – ступені чорноти тіл;

φ_1-2 , φ_2-1 – кутові коефіцієнти. Вони показують яка доля від енергії, що випромінюється тілом з поверхнею 1, передається тілу з поверхнею 2 та навпаки.

Для двох плоскостей, які мають приблизно рівні площі і розташовані паралельно на невеликій відстані одна від одної (φ_1-2=1, φ_2-1=1) маємо:

С_пр= , Вт/м²·К⁴ (4.11)

Для концентричних куль і циліндрів, а також для внутрішньої поверхні циліндра і плоскості (рис.4.2) маємо:

С_пр= , Вт/м²·К⁴ (4.12)

Рисунок 4.2. – Схема розташування поверхонь: φ_1-2=1; φ_2-1=F₁/F₂

У всіх випадках кількість теплоти, що поглинається тілом з поверхнею F₁ розраховується за формулою (4.9).

4.2.3. Теплообмін випромінюванням між газами та твердими тілами

Випромінювальна здатність газів відрізняється від випромінювальної здатності твердих тіл тим, що гази випромінюють і поглинають теплоту не поверхнею, а об’ємом. Випромінювальну здатність мають лише багатоатомні гази: СО₂ , SО₂ , Н₂О і т.д.

В розрахунках користуються поняттям ефективної товщини газового шару:

S_еф=η·4· , (4.13)

де V – об’єм в якому знаходиться газ, м³;

F – поверхня стін, які обмежують цей об’єм, м²;

η – коефіцієнт ефективності газового випромінювання, η=0,85-0,9.

Значення S_еф можна також знайти в довідниках, наприклад, для циліндра S_еф =0,9·D; куба із стороною а: S_еф=0,6·а.

Інтенсивність випромінювання газів залежить також від вмісту випромінюючих газів СО₂ і Н₂О та пропорційна парціальному тиску цих газів. Наприклад, при загальному тискові 10⁵ Па та вмісту газів Н₂О=10%, СО₂=40%. їх парціальний тиск складе: Р_СО2=40 кПа, Р_Н2О=10 кПа.

Таким чином ступінь чорноти залежить від різних факторів:

ε_газ=f(t, Р_СО2, Р_Н2О, S_еф)

Ступінь чорноти газів визначають із графіків (рис. 4.4), які побудовані окремо для СО₂ і Н₂О та показують залежність ступеню чорноти цих газів від температури при відповідних значеннях Р·S_еф.:

ε_газ=ε_СО2+β·ε_Н2О, (4.14)

де β – поправочний коефіцієнт, який введений у зв’язку з тим, що графік для визначення ε_Н2О не враховує більш сильний вплив Р_Н2О в зрівнянні з S_еф на ступінь чорноти водяного пару, його також знаходять із графіка (рис. 4.3).

Рисунок 4.3. – Графік для визначення поправочного коефіцієнта на парціальний тиск водяного пару

Кількість тепла, що передається від газів до стіни (чи навпаки) розраховують за формулою:

Q_випр= ·[ – ]·F_ст, Вт (4.15)

За основним рівнянням теплопередачі тепловий потік буде дорівнювати:

Q_випр=α_випр·(t_газ– t_ст), Вт/м²

Звідси можемо знайти коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням:

α_випр= , Вт/м²·град (4.16)

Рисунок 4.4. – Графіки для визначення ступеню чорноти СО₂ і Н₂О