Головна

Особливості випромінювання газів

  1.  II. Особливості організації тренінгу менеджерів
  2.  IV. Типові особливості окремих дій
  3.  V2: Тема 5.5 Анатомія венозної системи. Кровообіг плода і особливості кровоносноїрусла плода.
  4.  XIV. Загальні особливості емоційної сфери
  5.  А. Особливості та етапи утворення єдиної Російської держави
  6.  А. Особливості російського лібералізму в 50- 60-х роках XIX ст. консерватори
  7.  А. Особливості формування давньоруської культури

Одно- і двоатомні гази теоретично прозорі для теплового випромінювання. Тому, зокрема, сухий і чисте повітря, що складається, в основному, з двохатомних молекул азоту і кисню, також практично прозорий для теплового випромінювання. Трьохатомні і багатоатомні гази цієї властивості не мають і тому їх присутність в газовій суміші робить її напівпрозорої. Перебуваючи при високій температурі, таке середовище може випромінювати значну кількість енергії, що і спостерігається в печах для нагріву заготовок, в топках котельних агрегатів, в проточної частини газотурбінних двигунів (в камері згоряння, в межлопаточном просторі турбіни і соплі) і ін. При цьому обліку підлягає наявність в продуктах згоряння вуглеводневого палива вуглекислоти CO2 і водяної пари H2O, так як вміст SO2 і SO3 зазвичай буває дуже незначним.

Випромінювання чистих газів відрізняється від випромінювання твердих тіл. По-перше, поглинання і випромінювання променевої енергії газами завжди має різко виражений селективний (вибірковий) характер: наприклад, спектр поглинання вуглекислоти і водяної пари складається з декількох смуг, в межах яких ці гази випускають (і поглинають) електромагнітну енергію (рис. 8.7) .

Друга відмінність випромінювання газів від випромінювання твердих тіл полягає в тому, що у газів воно має об'ємний характер (у твердих тіл випромінювання електромагнітної енергії здійснюється з поверхні), так як потрібна надзвичайно велика товщина газового шару, щоб яку випромінює глибинними елементами енергія була б цілком поглинена самим газом і зовсім не проникла б в навколишнє середовище.

Закони випромінювання і поглинання газами мають ряд суттєвих відмінностей від законів випромінювання і поглинання твердими тілами і рідинами. Причина полягає в тому, що гази випромінюють і поглинають енергію вільними або майже вільними атомами і молекулами, а рідини і тверді тіла - великою кількістю сильно пов'язаних між собою атомів.

Перша особливість, яку треба враховувати в теплофізичних розрахунках, полягає в тому, що спектри випромінювання і поглинання газів мають селективний (виборчий) характер, тобто гази випромінюють і поглинають енергію лише в певних інтервалах довжин хвиль, які називаються смугами випромінювання і поглинання. Одноатомні і двоатомні гази майже повністю пропускають теплове випромінювання, тому поглинання в них зазвичай не враховують. Смуги випромінювання і поглинання трьохатомних і багатоатомних газів відомі і наводяться в довідниках. Наприклад, вуглекислий газ має три основні смуги: від 2.36 до 3.02 мкм, від 4.01 до 4.8 мкм і від 12.5 до 16.5 мкм; водяна пара має смуги поглинання від 2.24 до 3.27 мкм, від 4.8 до 8.5 мкм і від 12 до 25 мкм.

Друга особливість полягає в тому, що, на відміну від твердих тіл, випромінювання і поглинання енергії в газах відбувається не в поверхневому шарі їх оболонок, а в усьому обсязі; при цьому в міру проходження випромінювання від внутрішніх областей до зовнішніх частина енергії поглинається, через що щільність потужності теплового випромінювання газу, строго кажучи, виявляється пропорційною не четвертою, а більш низького ступеня абсолютної температури. Наприклад, для вуглекислого газу ця ступінь »3.5; для водяної пари »3. Однак для практичних розрахунків часто як і раніше використовують формули виду (8.25), (8.33), вводячи в них емпіричні поправочні коефіцієнти.

Ці особливості серйозно ускладнюють розрахунки теплообміну за участю газів і роблять їх вельми наближеними. Для підвищення точності треба використовувати емпіричні формули, справедливі при певних умовах, і спеціальні графіки, наведені в довідковій літературі.

Таблиця. Усереднені значення коефіцієнтів поглинання (ступеня чорноти) деяких матеріалів.

 матеріал  Коеф. поглинання A
 Платинова чернь  0.99
 Нафтова сажа при 100 ... 200 ° С  0.96
 Вода при 0 ... 100 оС  0.95
 Скло при 20 ... 100 оС  0.91
 Папір при 20 ... 100 оС  0.90
 Червона цегла при 25 ... 300 оС  0.90
 Олійні фарби різних кольорів при 20 ... 100 оС  0.86
 Дерево при 20 ... 70 ° С  0.85
 Пісок сухий при 20 оС  0.46
 Полірована нержавіюча сталь при 100 оС  0.074
 Полірований алюміній при 100 оС  0.031
 Поліроване золото при 20 оС  0.025
 Полірована мідь при 100 оС  0.020
 Поліроване срібло при 20 оС  0.015

Для того щоб розрахувати результуючий променистий потік тепла від газового тіла до поверхні охоплює його твердого тіла, необхідно знати не тільки ступінь чорноти поверхні eW, але і ступінь чорноти суміші газів eг.

Мал. 8.7

В даний час eг рекомендують визначати за формулою

 , (8.37)

де и  - Ступінь чорноти компонентів газової суміші - випромінювачів електромагнітної енергії; b - поправка на величину парціального тиску парів води в газовій суміші; De - поправка на взаємне перекривання спектрів випромінювання CO2 і H2O. Всі величини, що входять в праву частину формули (3.14), встановлені експериментально.

Ступінь чорноти кожного випромінює компонента залежить від кількості його молекул в газовій суміші і від її температури Tг. Кількість молекул-випромінювачів електромагнітної енергії, природно, пропорційно парціальному тиску и  в газовій суміші, а також так званої товщині газового шару l, яка визначається за формулою

де V - об'єм газового тіла; F - площа охоплює його поверхні твердого тіла. Таким чином, шукані ступеня чорноти випромінюючих компонентів представляють у вигляді залежностей

 (8.38)

 (8.39)

Число аргументів для и  в правій частині залежностей (8.38) і (8.39) зменшують на один, вважаючи

 (8.40)

 (8.41)

Саме в такому вигляді і представляються досвідчені дані для и  . Досвідчені дані для b наводяться в залежності від  для різних значень  ? l, а величина De для різних температур газу представляється функцією від  / ( +  ) Для різних значень тиску газової суміші.

Для розрахунку результуючого променевого теплового потоку від чистого газу до поверхні твердого тіла з термодинамічною температурою TW і ступенем чорноти поверхні eW для технічних додатків прийнятно використовувати формулу

 . (8.42)

При проведенні теплових розрахунків прийнято користуватися також величиною коефіцієнта тепловіддачі випромінювання газів AЛ, який вводиться в розгляд формулою

 (8.43)

так що величина AЛ, природно, обчислюється як

 . (8.44)

Використання коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням AЛ доцільно при розрахунку променисто-конвективного теплообміну рухається у поверхні твердого тіла високотемпературного газу, коли доводиться розраховувати перенесення тепла від газу конвекцією і випромінюванням за формулою

 (8.45)

де  - Сумарний коефіцієнт тепловіддачі, a - коефіцієнт тепловіддачі механізмом конвекції.

На закінчення відзначимо, що при наявності в газовій суміші часток саж, золи, часток палаючого коксу теплової розрахунок доводиться вести з урахуванням того, що має місце випромінювання електромагнітної енергії вже не чистим газом, а полум'ям з урахуванням всієї складності цього явища.




 Конвективная тепловіддача при вільному русі текучого середовища |  Конвективная тепловіддача при вимушеному русі текучого середовища в трубах і каналах |  Конвективная тепловіддача при вимушеному зовнішньому обтіканні тіл |  Алгоритм розрахунку коефіцієнта теплоотдачіпо критеріальним рівнянням |  Тема 7. теплообмін при фазових перетвореннях |  Тепловіддача при конденсації пари |  Тепловіддача при кипінні рідин |  Тема 8. Теплообмін випромінюванням |  Теплове випромінювання твердих тіл |  Основні закони випромінювання абсолютно чорного тіла (АЧТ) |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати