В промышленности используются газы от одноатомных до многоатомных, с симметричными (О2 , N2, H2) и несимметричными (СО, Н2О, СН4) молекулами, при высоких и сврхвысоких температурах.
Основными газами, способными излучать энергию в условиях металлургических печей , топок и теплообменных аппа-ратов являются СО2 и Н2О, входящие в состав продуктов горения топлива и других технологических газовых смесей. При температурах более 5000 К одно- и двухатомные симметричные газы также способны излучать и поглощать, только спектр их излучения приходится, как правило, на ультрафиолетовую область, энергия, необходимая для возбуждения электронных пе-реходов в атомах, очень велика и может быть подведена только при вышеуказанных пределах температуры.
При умеренных же температурах могут быть возбуждены только колебательные и вращательные переходы, то есть соответствующие изменениям расстояний между атомами в молекуле и вращениям дипольных молекул. Излучение энергии при этом происходит в области инфракрасной и дальней инфра-красной.
Поскольку указанные выше переходы совершаются лишь между « разрешенными» уровнями, то есть уровнями, определяемыми квантовыми законами , то энергия фотонов заключена в сравнительно узком интервале длин волн. При прохождении через газ постороннего излучения энергия поглоща-ется лишь в тех же интервалах частот, волны с другими длинами проходят через газ, не поглощаясь. Каждый газ имеет свои, характерные для него, интервалы излучаемых длин волн , то есть излучение и поглощение газов селективно. Размеры полос излучения- поглощения меняются с температурой и давлением газа; конфигурация полос сложная ( рис. 12) . Поэтому расчет радиационных характеристик газов весьма затруднителен. Он осу-ществляется различными методами, самым простым из которых является основанный на представлении газов серыми телами, поглощение которых подчиняется закону Бугера- Бера, а излучение – закону Стефана- Больцмана. В этом случае все отклонения от реальной картины процессов излучения-поглощения концентрируются в интегральных коэффициентах поглощения и степенях черноты.
Определение последних для СО2 и Н2О осуществляется по графикам, построенным на основании экспериментальных материалов. Такие графики представлены на рис. 13 и 14. Здесь в качестве аргументов приняты температура газа tг , парциальные давления pco2 и pH2o , а также эффективная длина луча l э= 4h×Vг× /Fог .
Здесь h - коэффициент, учитывающий форму объема газа Vг, равный 0,9 – 0.92 для топок и пламенных печей;
Fог – площадь поверхностей, ограничивающих объм газа Vг .
Графики соответствуют полному давлению газовой смеси 101 кПа при парциальном давлении СО2 , равном pсо2 и парциальном давлении Н2О, близком к нулю. Для учета общего давления смеси газов , отличающегося от 101 кПа, вводятся поправки ( рис. 15, 16).
Степень черноты газообразных продуктов горения топлива
eг = bс×eсо2 + bн×eн2о - De
Поправка на наложение спектральных полос СО2 и Н2О De невелика по численному значению и в технических расчетах обычно не принимается во внимание.
При машинном расчете лучистого теплообмена удобно ис-пользовать предложенную А. М. Гурвичем и В. В. Митором аппро-ксимацию в виде закона Бугера – Бера [6] :
eг = 1 – exp (- kг pс l э).
Здесь pс = pсо2 + pн2о - сумма парциальных давлений СО2 и Н2О;
kг - коэффициент ослабления луча в продуктах горения.
Если не принимать во внимание поправку на наложение спектральных полос, то
k г = , а с учетом поправки [7]
k г = .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.