Методы изучения процессов тепло- и массопереноса. Теплообмен излучением. Излучение и поглощение реальных тел, страница 20

Лучистый  теплообмен  происходит  как  между  частицами  внутри  системы,  так  и  вне  ее,  с  окружающими  поверхностями.  Такие  поверхности  могут  быть  и  в   объеме  системы (трубы – охладители,  нагреваемый  металл).  Если  газовая  фаза  содержит  еще  и  газовые  компоненты,  способные  участвовать  в  лучистом  теплообмене,  то  схема  процесса  переноса  энергии  сильно  усложняется.  К  этому  следует  добавить,  что  в  грубодисперсных  средах,  наряду  с  излучением  и  поглощением,  необходимо  рассматривать  и  рассеяние  энергии,  происходящее  за  счет  отражения  и   излучения  как  вперед,  так  и  назад.  Рассеянное  час-тицей  излучение,  как  правило,  является  анизотропным.  В  процес-сах  отражения  и  рассеяния  меняется  и  степень  поляризации  пада-ющего  излучения.  В  результате  изменяются  радиационные  характеристики  частиц.

В  принципе  для  определения  поглощательной  способности  дисперсных  систем  можно  использовать  закон  Бугера- Бера,  и,  если  в  системе  есть  излучающие  газы  и  твердые  частицы,  рас-четную  формулу  можно  записатьь в  виде

Азп = 1 - exp[-(k г×p с + k п×F×m)× l э .

Здесь  k п×F – интегральное  эффективное  сечение  ослабления  потока  энергии  излучения;

m - концентрация  твердых  частиц;

F – удельная  поверхность  твердых  частиц.

Однако  определение  этих  величин  весьма  затруднительно,  поскольку  они  зависят  от теплопроводности  частиц,  их  размеров  и  состояния  поверхности,  температуры  как  самого  потока,  так  и  окружающей  среды.  Но  самое   сложное  заключатся  в  том,  что  они  зависят  как  от  ведения  основного  процесса,  так  и  от  подготовительных  операций.  Так  условия  образования  сажи  в  факеле  определяются

-  физико- химическими  свойствами  топлива (в  первом  приближении – отношением  С/Н) ,  а  также  температурой  его  подогрева;

-  соотношением  расходов  топлива  и  воздуха  в  процессе  го-рения;

-  условиями  смешения  этих  компонентов;

-  температурным  уровнем  процесса  горения  и  давлением  в  зоне  горения.

-  при  сжигании  пылевидного  топлива  сказывается тонкость его  помола.

Для  пламен  газа  и  мазута  характерна  система  частиц   сажистого  углерода  малых  размеров.  Рассеяние  на  таких  частицах  пренебрежимо  мало  по  сравнению  с  поглощением;  пламя  излучает  и  поглощает   энергию  во  всех   областях  спектра  абсолютно  черного  тела.  Поэтому,  в  отличие  от  трехатомных  газов,  степень  черноты  светящегося  пламени  при  большой  l э  мо-жет  быть  близка  к  единице.  Тем  не  менее,  расчет  А зп  и  e зп  практически  невозможен  из-за  переменности  m  по  ходу  факела  и  из –за  других  вышеуказанных  факторов.  И  все-таки,  в  норматив-ном  методе  расчета  котельных  агрегатов  коэффициент  ослабления  лучей  сажистыми  частицами  рекомендуется  определять  по  формуле 

kс = 0,03 (2 - aт)[(1,6Тк /1000) – 0,5] С р/ Н р,  в  которой

a т – коэффициент  расхода  воздуха;

Тк – температура  газов  в  конце  топки,  К;

С р / Н р – отношение  содержаний  углерода  и  водорода  в рабочей  массе  топлива.

Для  газообразного  топлива  С р р = 0,12 ×S(m ×C mH n )/n .

На  основании  практических  данных  можно  сказать,  что       

-  при  тепловой  обработке  кусков  и  деталей  однородного  материала  роль  излучения  между  ними  невелика  и  в  технических  рачетах  не  учитывается;

-  в  плотно  упакованном  слое  доля  излучения  тем  меньше, чем  ниже  теплопроводность  кусков;

-  в  кипящем  слое  роль  излучения  газов,  из-за  малой  величины   объемов  их  между  частицами,  невелика;   излу-чение  же  между  частицами  и  между  частицами   и  ограничивающими  поверхностями  значительно  уже  при  средних,  для  теплотехнических  процессов,  температурах;

-  в  средах  с  горящими  кусками  кокса  лучистая  составляю-щая  теплообмена  может  оказаться  даже  доминирующей.

Точных  и  надежных  рекомендаций  по  расчету  лучистого  теплообмена  в  дисперсных  средах  пока  нет.