Zračenje čvrstih tijela je površinsko, a zračenje plinova je volumetrijsko.

Prijenos topline zračenjem između dvije ravne paralelne sive površine čvrstih tijela s temperaturama T 0 1 abs i T 0 2 abs (T 1 > T 2) izračunava se po formuli

C CR - smanjena emisivnost;

C 1 - emisivnost površine prvog tijela;

C 2 - emisivnost površine drugog tijela;

Sa s = 4,9 kcal / m 2 sat deg 1 - emisivnost crnog tijela.

U praktičnim proračunima pogodnije je koristiti tzv. emisivnost

=.

Smanjena emisivnost

U slučaju kada je prvo tijelo površine F 1 od svih

strane okružene površinom F 2 drugog tijela, količina prenesene topline određena je formulom

Smanjena emisivnost i smanjena emisivnost određuju se formulama

U slučaju kada je F 2 >F 1, tj.

C pr \u003d C 1 i pr = 1 .

Kako bi se smanjili gubici topline zbog zračenja, koriste se tzv. Ekran je tankozidni lim koji prekriva zračeću površinu i nalazi se na maloj udaljenosti od potonje. Kao prva aproksimacija, konvektivni prijenos topline kroz zračni jaz između ekrana i zračeće površine nije uzet u obzir. Takođe, toplotni otpor samog zida ekrana se uvek zanemaruje, odnosno temperature na njegovim površinama se smatraju istim.

Za ravne paralelne ekrane, uz zamjenu se koristi formula za prijenos topline zračenjem pr takozvana ekvivalentna emisivnost

gdje 12 ,23, itd. - određuje se formulom za pr, smanjeni stepen emisivnosti pri razmeni toplote zračenjem između 1. i 2. površine, između 2. i 3. površine itd.

Kod zaštite cilindričnih tijela (cijevi), ekvivalentna emisivnost

Količina prenesene topline Q izračunava se po formuli

Emisija gasa

Zračeći plinovi su troatomni i poliatomski plinovi. Od najvećeg praktičnog interesa je zračenje

CO 2 i H 2 O.

Emisija gasova je selektivna i zavisi od veličine i oblika zapremine gasa.

Količina toplote koja se prenosi zračenjem iz zapremine gasa, čije su komponente CO 2 i H 2 O, na okolnu ljusku, koja ima svojstva sivog tela, određena je formulom

gde je T gas apsolutna temperatura zapremine zračenog gasa;

T artikal - apsolutna temperatura okolne školjke;

= 0,5 (+ 1) - efektivni stepen emisivnosti ljuske (at od 0,8 do 1,0);

=
+
- stepen crnila gasa, određen grafikonima na sl. 85 i 86 za prosječnu temperaturu plina;

- stepen crnila gasa, određen istim grafikonima, ali temperaturom st ljuske;

β-korekcija za parcijalni pritisak vodene pare, određena iz grafikona na sl. 87.

Stepen crnila ugljičnog dioksida
i vodene pare
zavisi od temperature zapremine gasa i efektivne debljine zračećeg sloja ps, gde je p ata parcijalni pritisak zračeće komponente, a sm smanjena dužina snopa.

Smanjena dužina snopa može se približno odrediti formulom

gdje je Vm 3 - zapremina ispunjena zračećim gasom (zapremina zračenja);

Fm 2 - površina ljuske.

Za pojedinačne posebne slučajeve, smanjena dužina snopa određena je sljedećim formulama:

za zapreminu gasa u prstenastom prostoru (s 1 - uzdužni korak, tj. rastojanje između osi cevi u nizu; s 2 - poprečni korak, tj. razmak između redova; d - prečnik cevi)

za ravnoparalelni gasni sloj beskonačne dužine sa debljinom

s= 1.8 ;

za prečnik cilindra d

Ponekad se uvodi koncept koeficijenta prijenosa topline zračenjem α l kcal / m 2 sat deg. Ovaj koeficijent je određen formulom

Primjer. Odredite količinu topline koja se prenosi zračenjem sa užarene čelične ploče, čija je površinska temperatura t 1 = 1027 °C, na drugu sličnu ploču, čija je površinska temperatura t 2 = 27 °C, koja se nalazi paralelno s prvom .

Rješenje Iz Dodatka 20 nalazimo stepen crnila čelične ploče (oksidirane):
. Definiramo smanjeno

emisivnost prema formuli

Količina prenesene toplote

Primjer. Čelični parni cjevovod promjera 300 mm, čija je temperatura vanjskog zida t 1 \u003d 300 ° C, položen je u zatvorenom prostoru. Kako bi se smanjili gubici topline, parovod je zatvoren dvostrukim cilindričnim kućištem (ekranom). Prvo kućište prečnika 320 mm izrađeno je od tankih čeličnih limova ( = 0,82), drugo kućište prečnika 340 mm je izrađeno od tankih aluminijumskih limova ( = 0,055). Odredite gubitak topline po 1 vožnji. m golog i zaštićenog parovoda, kao i temperaturu aluminijumskog kućišta. Zanemarite konvektivni prijenos topline. Temperatura prostorije je 25°C.

Odluka Odredimo gubitke toplote golim parovodom, uz pretpostavku da je površina parovoda F 1 višestruko manja od površine zidova prostorije F 4 . Na F 1<

pr = 1 = 0.80

(za oksidirani čelik).

Prema formuli

Sada odredimo gubitak toplote u prisustvu ekrana. Određujemo smanjene koeficijente emisivnosti:

Ekvivalentna emisivnost

Količina toplote koja se prenosi zračenjem

Tako se, kao rezultat ugradnje paravana, smanjio gubitak topline

Da bismo odredili temperaturu aluminijskog lima, pravimo jednačinu

Rješavajući ovu jednačinu, nalazimo

Primjer. Termopar je korišten za mjerenje temperature tople struje koja struji kroz kanal. Između spoja termoelementa i zidova kanala dolazi do razmene toplote zračenja (Sl. 88), što iskrivljuje očitavanja termoelementa. Da bi se umanjila greška u mjerenju temperature, termoelement se zatvara sitanom cijevi 1. Odrediti stvarnu temperaturu strujanja zraka ako termoelement pokazuje temperaturu od t = 200 °C. Temperatura unutrašnje stijenke kanala t st = 100°C. Emisivnost ekrana i spoja termoelementa je ista i jednaka je 0,8. Koeficijent prijelaza topline od zraka do spoja termoelementa α= 40 kcal/m 2 sat st., a do površine ekrana α= 10 kcal/m 2 h st.

Rješenje Označite realno

(željena) temperatura vazduha t in.

Temperatura određena od

termoelement, je temperatura

njen spoj t.

Hajde da sastavimo jednadžbu toplotnog bilansa za spoj termoelementa. Količina topline koju spoj prima konvekcijom je

i količinu toplote koju daje zračenje sa površine F spoja na površinu F e koja okružuje spoj termoelementa sitaste cijevi,

gdje je T e apsolutna temperatura unutrašnje površine sitaste cijevi.

S obzirom da je F e >> F, dobijamo
.

U stacionarnom načinu rada, ravnoteža topline za spoj termoelementa bit će izražena jednadžbom

Izračunajmo sada toplotni bilans za cijev sita, zanemarujući toplinski otpor same cijevi. Dobivanje topline konvekcijom

Unos topline zbog zračenja spoja termoelementa očito je jednak toplini

što je zauzvrat jednako

Potrošnja topline zbog zračenja vanjske površine sitaste cijevi na okolne zidove kanala

i pošto u ovom slučaju F st >> F e, onda
. Dakle, ravnoteža toplote sitaste cijevi je izražena jednadžbom

Obično se u ovoj jednadžbi prvi član u lijevoj strani zanemaruje.

dijelovi (na osnovu F e >> F). Onda

Zajedničko rješenje jednadžbi nam omogućava da odredimo željeno

Temperatura t in

Rezultirajuće jednadžbe rješavamo grafički, računajući iz njih

Temperatura t in ovisno o t e. Tačka preseka odgovarajućih krivulja (slika 89) određuje temperaturu t u:

Greška u određivanju temperature pomoću termoelementa

Primjer. Odredite količinu topline koja se prenosi zračenjem na čelične cijevi koje se nalaze u dimovodu parnog kotla s vodom. Parcijalni pritisci ugljičnog dioksida u vodenoj pari u dimnim plinovima su p CO 2 = 0,15 atm i p H 2 O = 0,075 atm. Vanjski promjer cijevi d= 51 mm; njihov uzdužni nagib 1 = 90 mm i poprečni 2 = 70 mm. Temperatura gasa

n
na ulazu u plinski kanal t / \u003d 1000 0 C, a na izlazu iz plinskog kanala t // \u003d 800 0 C. Vanjska temperatura

površina cijevi je konstantna

i jednako t st = 230 0 C.

Odluka.Preliminarna

odrediti prosječnu temperaturu

protok gasa, što prihvatamo

jednaka projektnoj temperaturi t gasa.

Odgovarajuće efektivne debljine sloja

Prema grafikonima na sl. 85 i 86 nalazimo

Korekcija β za parcijalni pritisak vodene pare (prema slici 87) β \u003d 1,06.

Prema formuli

Koeficijent prolaza toplote zračenja

Primjer. Smjesa plinova kreće se u cilindričnoj čeličnoj cijevi unutrašnjeg prečnika d = 0,25 m. Prosječna temperatura plina t gas = 1100 0 C. Parcijalni tlak ugljičnog dioksida

= 0,45 ata. Temperatura zida t st \u003d 300 0 C. Odredite količinu topline koja se prenosi zračenjem po 1 linearnom metru. m cijevi.

RJEŠENJE: Smanjena dužina snopa

S=0,9d=0,9 0,25=0,225 m.

Efektivna debljina zračećeg sloja

s
\u003d 0,225 0,45 \u003d 0,101 m ata.

Prema sl. 85 određeno na t= 1100°C
\u003d 0,10: na t = 300 0 S
= 0,095. Budući da u smjesi nema vodene pare, gas = 0,10 i
= 0,095.

Prema formuli

Za 1 red m

Zadaci

453. Odredite količinu topline koju zrači čelična ploča na temperaturi od t 1 = 600 0 C na mesinganom listu iste veličine na temperaturi od t 2 = 27 0 C, koji se nalazi paralelno s pločom. Odrediti i koeficijent prijenosa topline zračenjem.

Odgovor: q 12 \u003d 5840 kcal / m 2 sat; α l = 10,2 kcal / m 2 sat st.

454. Razmjena zračeće topline se odvija između dvije paralelne ravni. Površina koja ima temperaturu t 1 =

600°C i crnilo \u003d 0,64, zrači toplinu u količini

q 12 \u003d 1000 kcal / m 2 sat. Odredite temperaturu grube površine aluminijuma koja prima toplotu ( = 0,055).

Odgovor: t 2 \u003d 390 0 C.

455. Odrediti količinu toplote q 12 kcal / m 2 sat, koju zrače površina ravnog zida na drugi paralelni ravni zid. Temperature zida su respektivno jednake t 1 = 227 ° C i t 2 = 27 0 C. Određivanje se vrši za četiri opcije:

a) C 1 = C 2 = C s = 4,9 kcal / m 2 sat stepena 4 (apsolutno crne površine);

b) C 1 \u003d C 2 \u003d 4,3 kcal / m 2 sat 4 (mat čelične površine);

c) C 1 = 4,3 kcal / m 2 sata deg 4 (mat čelična površina),

C 2 \u003d 0,3 kcal / m 2 sat st. 4 (limena ploča);

d) C 1 = C 2 = 0,3 kcal / m 2 sat stepena 4 (limena ploča).

Odgovor: a) q 12 \u003d 2660 kcal / m 2 sat; 6) q 12 \u003d 2080 kcal / m 2 sat;

c) q 12 \u003d 160 kcal / m 2 sat; d) q 12 \u003d 84 kcal / m 2 sat.

456. U zidanoj prostoriji nalazi se čelična cijev prečnika d = 200 mm i dužine 1 = 5 m, čija je širina a = 8 m, a visina h = 5 m. Odrediti gubitak toplote za cijev zračenjem ako je temperatura površine cijevi t 1 = 327 °C, a temperatura površine zidova prostorije t 2 = 27 °C.

Odgovor: Q 12 \u003d 14950 kcal / sat.

457. Rješiti prethodni zadatak pod uslovom da je a) čelična cijev u hodniku od cigle presjeka 2 x 1 m i b) čelična cijev u kanalu od cigle presjeka 350 x 350 mm. Temperatura zida u oba slučaja je t 2 = 27 °C. Uporedite rezultate sa odgovorom na prethodni zadatak.

Odgovor: a) Q 12 \u003d 14900 kcal / sat; b) Q 12 \u003d 14500 kcal / sat.

458. Odrediti gubitak toplote zbog zračenja u jednom redu. m čeličnog parovoda. Vanjski promjer parovoda je d = 0,2 m, temperatura njegove površine t 1 = 310 0 C, a temperatura

ambijentalni zrak t 2 \u003d 50 0 C. Uporedite rezultate rješenja s odgovorom na zadatak 442.

Odgovor: q \u003d 2575 kcal / trčanje. m sat; gubitak toplote zbog zračenja je 2,36 puta veći od gubitka toplote kroz konvektivni prenos toplote.

459. Vrata peći od livenog gvožđa dimenzija 500 x 400 mm u parnom kotlu imaju temperaturu t 1 = 540 °C ( = 0,64). Odredite količinu zračene topline ako je temperatura u kotlovnici t 2 \u003d 35 ° C. Također odredite koeficijent prijenosa topline zračenjem.

Odgovor: Q = 2680 kcal / sat; α l = 2b.5 kcal / m 2 sat st.

460. Odrediti prijenos topline zračenjem između mat čeličnih paralelnih površina (vidi zadatak 455 6), ako se između njih postavi ekran u obliku tankog čeličnog lima sa istom emisivnošću.

Odgovor: q 12 \u003d 1040 kcal / m 2 sat.

461. Zadatak 460 riješiti pod uslovom da se između čeličnih površina postavi ekran koji se sastoji od četiri tanka čelična lima iste emisivnosti.

Odgovor: q 12 \u003d 416 kcal / m 2 sat.

462. Riješite zadatak 455 6 pod uslovom da se između čeličnih površina postavi sito od lima. Uporedite rezultat rješenja sa odgovorom na zadatak 455 6.

Odgovor: q 12 \u003d 81 kcal / m 2 sat, tj. količina prenesene topline smanjuje se za oko 25 puta.

463. Riješite zadatak 455 6 pod uslovom da se između čeličnih površina postavi sito od dva lista belog lima.

Odgovor: q 12 \u003d 41,5 kcal / m 2 sat.

464. Peć parnog kotla je napunjena užarenom bakljom koja ima uslovnu temperaturu t 1 = 1000 0 C i uslovni stepen crnila = 0,3. Odredite količinu toplote koja se emituje kroz otvor za pečenje peći, zatvoren vratima od livenog gvožđa ( \u003d 0,78) kao i temperatura samih vrata, ako je temperatura u kotlarnici t 2 = 30 0 C (vrata od livenog gvožđa mogu se smatrati ravnim ekranom između baklje i okoline). Stepen emisivnosti okoline uzima se jednakim 1,0.

Odgovor: q \u003d 25530 kcal / m 2 sat; t dv \u003d b5b ° C.

465. Riješite prethodni problem, pod uslovom da su vrata od livenog gvožđa opremljena reflektorom od livenog gvožđa koji se nalazi sa strane peći (takav reflektor se može smatrati ekranom).

Odgovor: q \u003d 19890 kcal / m 2 sat; t dv = 580 ° C.

466. Riješite primjer na strani 225 pod uslovom da spoj termoelementa nije zaštićen sitanom cijevi.

Odgovor: t u \u003d 230 0 C; greška u određivanju temperature je 13%.

467. Riješite zadatak 458 pod uslovom da je parovod okružen rešetkom od čeličnog lima ( = 0,82). Prečnik sita d e = 0,3 m. Između parovoda i čeličnog sita nalazi se vazduh. Prilikom određivanja gubitka topline zbog zračenja, konvektivna izmjena topline između zaslona i zraka se ne uzima u obzir. Odredite i temperaturu ekrana. Uporedite rezultate sa odgovorom na zadatak 458. Odgovor: q = 1458 kcal / rm. m sat; t e \u003d 199 ° C.

468. Riješite prethodni zadatak, uzimajući u obzir konvektivni prijenos topline između zaslona i zraka, uz pretpostavku da je koeficijent prijenosa topline jednak α e = 20 kcal / m 2 sat deg. Uporedite rezultat sa odgovorom zadataka 458 i 467.

Odgovor: q \u003d 1890 kcal / trčanje. m sat; t e \u003d 126 ° C.

Indikacija Prilikom rješavanja zadatka 468 potrebno je sastaviti

jednačina toplotnog bilansa.

469. Cjevovod za paru promjera d = 0,2 m (naveden u zadatku 458) prekriven je toplinskom izolacijom koja se sastoji od 5 ekrana od aluminijske folije ( = 0,055). Udaljenost između slojeva folije je = 5 mm. Odredite koliko je puta gubitak topline zbog zračenja iz izoliranog parovoda manji od gubitka topline iz neizoliranog parovoda. Odgovor: 127 puta manje.

470. Odrediti koeficijent prolaska toplote zračenjem iz dimnih gasova na zidove vrelovoda parnog kotla. Vanjski prečnik cijevi d= 44,5 mm, uzdužni nagib cijevi u nizu

s 1 = 135 mm, a poprečni korak s 2 = 90 mm. Temperatura plinova na ulazu u plinski kanal t / = 900 0 C, a na izlazu t // = 700 ° C. Temperatura površine zidova cijevi t st = 300 ° C. Parcijalni pritisci triatomskog gasovi su:
= 0,18 ata i
= 0,08 ata.

Odgovor: α l 12,8 kcal/m 2 sata st.

471. Riješite prethodni zadatak, pod uslovom da se koraci cijevi smanje na s 1 = 81 mm i s 2 = 65 mm, a ostali početni podaci ostanu nepromijenjeni. Odgovor: α l \u003d 8 kcal / m 2 sata st.

472. U uskom kanalu poprečnog preseka 820 x 20 mm kreće se mešavina gasova sledećeg sastava (po zapremini): N 2 = 73%; O 2 = 2%; CO 2 = 15%; H 2 O = 10%. Prosječna temperatura mješavine plinova t gas = 900 ° C, pritisak smjese p = 1 atm. Zidovi kanala su izrađeni od čeličnog lima. Temperatura na površini zidova kanala t st \u003d 100 ° C. Odredite količinu topline koja se prenosi od plinova do zidova kanala zračenjem. Odgovor: q \u003d 4000 kcal / m 2 sata.

FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE

DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA VIŠ

STRUČNO OBRAZOVANJE

"IVANOVSKI DRŽAVNI ENERGETSKI UNIVERZITET

nazvan po V.I. LENIN"

Katedra za teorijske osnove toplote

Određivanje integralne emisivnosti čvrstog tijela

Uputstvo za izvođenje laboratorijskih radova

Ivanovo 2006

Sastavio V.V. Bukhmirov

THOSE. Sozinova

Urednik D.V. Rakutina

Smjernice su namijenjene studentima koji studiraju na specijalnostima profila toplotne tehnike 140101, 140103, 140104, 140106 i 220301 i izučavaju smjer „Prenos topline i mase“ ili „Toplotehnika“.

Uputstva sadrže opis eksperimentalne postavke, metodologiju izvođenja eksperimenta, kao i proračunske formule potrebne za obradu rezultata eksperimenta.

Metodološka uputstva je odobrila ciklusna metodološka komisija TEF-a.

Recenzent

Katedra za teorijske osnove toplotne tehnike, Državni energetski univerzitet Ivanovo

1. Zadatak

1. Eksperimentalno odredite integralni stepen crnine tanke volframove niti.

2. Uporedite rezultate eksperimenta sa referentnim podacima.

2. Kratke informacije iz teorije prijenosa topline zračenja

Toplotno zračenje (radiativni prijenos topline) je metoda prijenosa topline u prostoru, koja se provodi kao rezultat širenja elektromagnetnih valova, čija se energija, pri interakciji s tvari, pretvara u toplinu. Radijativni prijenos topline povezan je s dvostrukom transformacijom energije: u početku se unutrašnja energija tijela pretvara u energiju elektromagnetnog zračenja, a zatim, nakon prijenosa energije u prostoru elektromagnetnim valovima, drugi prijelaz energije zračenja u javlja se unutrašnja energija drugog tijela.

Toplotno zračenje supstance zavisi od temperature tela (stepena zagrevanja supstance).

Energija toplotnog zračenja koja pada na tijelo može se apsorbirati, reflektirati od tijela ili proći kroz njega. Tijelo koje apsorbira svu energiju zračenja koja pada na njega naziva se apsolutno crno tijelo (crno tijelo). Imajte na umu da na datoj temperaturi crno tijelo i zrači maksimalno moguću količinu energije.

Zove se gustina protoka vlastitog zračenja tijela emisivnost. Ovaj parametar zračenja unutar elementarnog dijela valnih dužina naziva se spektralni vlastita gustina fluksa zračenja ili spektralne emisivnosti tijela. Emisivnost crnog tijela, ovisno o temperaturi, podliježe Stefan-Boltzmannovom zakonu:

, (1)

gdje je  0 \u003d 5,6710 -8 W / (m 2 K 4) - Stefan-Boltzmannova konstanta; \u003d 5,67 W / (m 2 K 4) - emisivnost crnog tijela; T je temperatura površine potpuno crnog tijela, K.

Apsolutno crna tijela ne postoje u prirodi. Tijelo čiji je spektar zračenja sličan spektru zračenja potpuno crnog tijela, a spektralna gustina toka zračenja (E ) je isti dio   spektralne gustine toka zračenja potpuno crnog tijela (E 0 ,λ) se zove siva tijelo:

, (2)

gdje je   spektralna emisivnost.

Nakon integracije izraza (2) preko cijelog spektra emisije (
) dobijamo:

, (3)

gdje je E emisivnost sivog tijela; E 0 je emisivnost crnog tijela;  je integralni stepen crnila sivog tijela.

Iz posljednje formule (3), uzimajući u obzir Stefan-Boltzmannov zakon, slijedi izraz za izračunavanje gustine fluksa vlastitog zračenja (sijanja) sivog tijela:

gdje
- emisivnost sivog tijela, W / (m 2 K 4); T je tjelesna temperatura, K.

Vrijednost integralnog stepena emisivnosti zavisi od fizičkih svojstava tijela, njegove temperature i hrapavosti površine tijela. Integralni stepen emisivnosti se utvrđuje eksperimentalno.

U laboratorijskim radovima, integralna emisivnost volframa nalazi se proučavanjem razmjene topline zračenja između zagrijane volframove niti (tijelo 1) i stijenki staklene posude (tijelo 2) napunjene vodom (slika 1).

Rice. 1. Šema radijacionog prijenosa topline u eksperimentu:

1 - zagrijani navoj; 2 - unutrašnja površina staklene posude; 3 - voda

Rezultirajući toplotni tok koji primi staklena posuda može se izračunati po formuli:

, (6)

gde je  pr redukovani stepen emisivnosti u sistemu dva tela,  1 i  2 su integralni stepeni emisivnosti prvog i drugog tela; T 1 i T 2, F 1 i F 2 - apsolutne temperature i površine površina razmjene toplote prvog i drugog tijela;  12 i  21 - ugaoni koeficijenti zračenja, koji pokazuju koliki dio energije hemisfernog zračenja pada iz jedne telo drugom.

Koristeći svojstva koeficijenata nagiba, to je lako pokazati
, a
. Zamjenom vrijednosti koeficijenata nagiba u formulu (6) dobijamo

. (7)

Budući da je površina volframove niti (tijelo 1) mnogo manja od površine ljuske koja ga okružuje (tijelo 2), nagib  21 teži nuli:

F 1 F 2
 21 \u003d F 1 / F 2 0 ili
. (8)

Uzimajući u obzir posljednji zaključak, iz formule (7) proizlazi da je smanjeni stepen emisivnosti sistema dva tijela prikazanog na sl. 1 određuje samo svojstva zračenja površine filamenta:

 pr  1 ili
. (9)

U ovom slučaju, formula za izračunavanje rezultirajućeg toplotnog fluksa koji percipira staklena posuda s vodom ima oblik:

iz čega slijedi izraz za određivanje integralnog stepena crnila volframove niti:

, (11)

gdje
je površina volframove niti: d - prečnik i dužina navoja.

Emisivnost volframove niti izračunava se po očiglednoj formuli:

. (12)

Gustina toplotnog fluksa tokom razmene toplote između gasa i čvrste površine izračunava se po formuli:

gdje je emisivnost potpuno crnog tijela;

Temperatura zida (ljuske), K;

e pr - smanjeni stepen emisivnosti materijala površine gasovoda;

e d - stepen crnila gasne mešavine;

Smanjena na zidnu temperaturu.

Smanjeni stepen emisivnosti izračunava se po formuli:

gdje je ec emisivnost materijala zida (preuzeto iz tabela).

Određivanje stepena crnila gasa

Emisivnost gasne mešavine izračunava se po formuli:

gdje je faktor korekcije koji uzima u obzir neposlušnost zračenja vodene pare Bouguer-Baerovom zakonu;

Korekcija koja uzima u obzir međusobnu apsorpciju CO2 i H2O kada se emisioni pojasevi poklapaju (obično se stoga može zanemariti u inženjerskim proračunima).

Stepen emisivnosti i apsorpcioni kapacitet komponenti gasne mešavine određuju se:

1) Uz pomoć nomograma.

Stepen crnila gasa

Vrijednosti se u ovom slučaju također uzimaju iz nomograma ovisno o temperaturi plina i umnošku parcijalnog tlaka plina i prosječne dužine putanje zraka.

R - pritisak gasa, atm;

Prosječna temperatura plina, ?S;

Efektivna debljina zračećeg sloja, m;

V je vrijednost zapremine zračenog gasa, m3;

Fc - površina školjke, m2;

- faktor korekcije.

Korekcioni faktor c je također prikazan kao funkcija (pH2O l) i pH2O.

Kapacitet apsorpcije gasne mešavine izračunava se po formuli

(3.3)

Budući da vrijednost apsorpcije ovisi o temperaturi zida, vrijednosti se u ovom slučaju uzimaju i iz nomograma ovisno o temperaturi zida i umnošku parcijalnog tlaka plina i prosječne dužine putanje zraka.

2) Uz pomoć analitičkih formula.

Stepen crnila može se pronaći pomoću sljedeće formule

k - ukupni koeficijent slabljenja zraka u smjesi, određen empirijskom formulom

Da bi se utvrdio stepen emisivnosti, vrijednost apsolutne temperature plina se zamjenjuje u prethodnu formulu za određivanje koeficijenta prigušenja.

Kapacitet apsorpcije može se naći sljedećom formulom

gdje je ukupni koeficijent slabljenja;

za pronalaženje apsorbancije koristi se vrijednost apsolutne temperature stakla nk.

Primjer izračuna

Izračunajte gustinu toplotnog toka usled zračenja dimnih gasova na površinu dimnjaka sa poprečnim presekom A x B = 500 x 1000 mm. Sastav gasa: sadržaj CO2=10%; Sadržaj H2O=5%; ukupni pritisak gasa P = 98,1 kPa (1 atm). Prosječna temperatura plina u dimovodu tg = 6500C. Prosječna temperatura površine dimnjaka = 4000C. Dimovod je izrađen od mesinga.

1. Izračunavamo gustinu toplotnog toka zbog zračenja pomoću nomograma.

gdje je emisivnost crnog tijela.

Stepen crnila mesinga prema referentnim podacima;

Smanjena emisivnost površine dimnjaka; ;

Efektivna debljina zračećeg sloja

Parcijalni pritisci komponenti

Zapreminski udio H2O i CO2 u plinu;

PCO2. = 0,1 . 60 = 6 cm.atm.

RN2O. = 0,05 . 60 = 3 cm.atm.

Korekcioni faktor koji uzima u obzir nepodređenost ponašanja vodene pare Bouguer-Baerovom zakonu;

sa grafikona.

Prema nomogramima i temperaturi tg = 6500C

Stepen crnila gasa

Prema nomogramima i temperaturi ts = 400 0S

Kapacitet apsorpcije gasa

Rezultirajući toplotni tok

2. Izračunavamo gustinu toplotnog fluksa zbog zračenja koristeći formule.

Ukupni faktori slabljenja

Stepen crnila gasa

Kapacitet apsorpcije gasa

Rezultirajući toplotni tok

Napomena: Rezultati proračuna stepena emisivnosti i apsorpcije gasa pomoću ove dve metode treba da budu bliski jedan drugom.

Rice. 3.1.

Rice. 3.2. Emisivnost u odnosu na temperaturu za H2O

Rice. 3.3. Vrijednosti korekcije u, uzimajući u obzir utjecaj parcijalnog tlaka H2O na stepen emisivnosti

Termalni proračun ekonomajzera (primjer proračuna)

Potrošnja, kg/s

Temperatura, °C

Brzina putovanja, m/s

Prečnik cevi d 2/d1,

Lokacija

Relativna visina

Debljina sloja, mm

Dy-mo-vye

G 2

t 1 ”

d n

Alibaeva

Serpentinski ekonomajzer parnog kotla je dizajniran za zagrijavanje napojne vode u količini G2 od temperature t2 "do t2". Voda se kreće gore kroz cijevi prečnika d2 / d1. Koeficijent toplotne provodljivosti materijala zida je l. Prosječna brzina kretanja vode je w2.

Dimni plinovi (13% CO2 i 11% H2O) kretati se od vrha do dna u prstenastom prostoru prosječnom brzinom u uskom dijelu snopa cijevi u1. Potrošnja plina G1. Temperatura plinova na ulazu u ekonomajzer t1", na izlazu t1"". Dati su položaj cijevi u snopu i relativni koraci: poprečno y1 = S1/d2 i uzdužno y2 = S2/d2. Sa strane gasa, površina cevi je prekrivena slojem čađi debljine ds, sa strane vode - slojem kamenca debljine dana. Uzimaju se koeficijenti toplotne provodljivosti: za čađ ls = 0,07 - 0,12 W / m stepen, za skalu ln = 0,7 - 2,3 W / m stepen.

1. Određujemo promjer cijevi, uzimajući u obzir njegovu kontaminaciju kamencem iznutra i čađom izvana:

2. Jednačina toplotnog bilansa

Uz pretpostavku da je gubitak toplote duž dužine ekonomajzera 0, zapisujemo jednačinu toplotnog bilansa:

Prosječna temperatura vode:

Na ovoj temperaturi određujemo toplinski kapacitet vode > Cp2 = 4,3 kJ/kg g

Određujemo toplinsko opterećenje izmjenjivača topline (za nosač topline, za koji su postavljene dvije temperature)

Uzimamo približno toplotni kapacitet dimnih gasova Sr1 i izračunavamo temperaturu gasova na izlazu

Prosječna temperatura dimnih plinova:

3. Određivanje prosječne temperaturne razlike

Temperaturna razlika:

Napomena: ako je tb tm 1,5 - određuje se srednja aritmetička vrijednost temperaturne razlike.

4. Proračun koeficijenta prolaska topline od zida do vode Termofizički parametri vode na temperaturi

sljedeće:

Reynoldsov broj za vodu:

Režim strujanja je turbulentan

Nusselt broj:

Pošto je temperatura zida nepoznata, u prvoj aproksimaciji uzimamo

Koeficijent prijenosa topline sa zida na vodu

5. Proračun koeficijenta prijenosa topline konvekcijom od dimnih plinova do zida

Proučavanje toplotnog zračenja. određivanje emisivnosti sijalica sa žarnom niti od volframa

3.1 Toplotno zračenje i njegove karakteristike

Tijela zagrijana na dovoljno visoke temperature sposobna su da emituju elektromagnetne talase. Sjaj tijela povezan s zagrijavanjem naziva se toplinsko zračenje. Ovo zračenje je najčešće u prirodi. Toplotno zračenje može biti u ravnoteži, tj. može biti u stanju termodinamičke ravnoteže sa materijom u zatvorenom (termički izolovanom) sistemu. Kvantitativna spektralna karakteristika toplotnog zračenja je spektralna gustina luminoznosti energije (emisiona):

gdje je spektralna gustina luminoznosti energije; je energija elektromagnetnog zračenja emitovanog u jedinici vremena po jedinici površine tijela u rasponu valnih dužina od do ;

Karakteristika ukupne snage toplotnog zračenja po jedinici površine tijela u cijelom rasponu valnih dužina od do je energetski luminozitet (integrirana energetska luminoznost):

3.2. daska formula i zakoni Toplotno zračenje crnog tijela

Stefan-Boltzmannov zakon

Godine 1900. Planck je iznio hipotezu prema kojoj atomski oscilatori emituju energiju ne kontinuirano, već u dijelovima-kvantima. U skladu s Planckovom hipotezom, spektralna gustina svjetlosne energije određena je sljedećom formulom:

. (3)

Iz Planckove formule možete dobiti izraz za energetsku luminoznost. Zamenimo vrednost spektralne gustine energetske luminoznosti tela iz formule (3) u izraz (2):

(4)

Za izračunavanje integrala (4) uvodimo novu varijablu . Odavde ; . Formula (4) u ovom slučaju se transformiše u oblik:

As , tada će izraz (5) za energetsku luminoznost imati sljedeći oblik:

. (6)

Relacija (6) je Stefan-Boltzmann zakon, gdje je Stefan-Boltzmannova konstanta Š / (m 2 K 4).

Ovo implicira definiciju Stefan-Boltzmannovog zakona:

Energetski sjaj crnog tijela direktno je proporcionalan četvrtom stepenu apsolutne temperature.

U teoriji toplotnog zračenja, uz model crnog tijela, često se koristi koncept sivog tijela. Tijelo se naziva sivim ako je njegov koeficijent apsorpcije isti za sve valne dužine i ovisi samo o temperaturi i površinskim uvjetima. Za sivo tijelo Stefan-Boltzmannov zakon ima oblik:

gdje je emisivnost emitera topline (koeficijent crnila).

Prvi zakon vina (zakon istiskivanja vina)

Ispitajmo relaciju (3) za ekstrem. Da bismo to uradili, odredimo prvi izvod spektralne gustine u odnosu na talasnu dužinu i izjednačimo ga sa nulom.

. (8)

Hajde da uvedemo varijablu. Tada iz jednačine (8) dobijamo:

. (9)

Transcendentalna jednadžba (9) općenito se rješava metodom uzastopnih aproksimacija. Budući da je za realne temperature moguće pronaći jednostavnije rješenje jednačine (9). Zaista, pod ovim uslovom, relacija (9) je pojednostavljena i poprima oblik:

koji ima rješenje za . Dakle

Tačnije rješenje jednačine (9) metodom uzastopnih aproksimacija dovodi do sljedeće zavisnosti:

, (10)

gdje mK.

Definicija prvog Wienovog zakona (Wienov zakon pomaka) slijedi iz relacije (10).

Talasna dužina koja odgovara maksimalnoj spektralnoj gustini energetske luminoznosti je obrnuto proporcionalna temperaturi tijela.

Količina se zove Wienova konstanta zakona pomaka.

drugi zakon krivice

Zamijenimo vrijednost iz jednačine (10) u izraz za spektralnu gustinu luminoznosti energije (3). Tada dobijamo maksimalnu spektralnu gustinu:

, (11)

gdje Š/m 2 K 5.

Relacija (11) implicira definiciju Wienovog drugog zakona.

Maksimalna spektralna gustina energetske luminoznosti crnog tijela direktno je proporcionalna petom stepenu apsolutne temperature.

Količina se zove konstanta Wienovog drugog zakona.

Na slici 1 prikazana je zavisnost spektralne gustine energetske luminoznosti od talasne dužine za određeno telo na dve različite temperature. Sa povećanjem temperature, površina ispod krivulja spektralne gustine treba da se povećava proporcionalno četvrtom stepenu temperature u skladu sa Stefan-Boltzmanovim zakonom, talasna dužina koja odgovara maksimalnoj spektralnoj gustini treba da se smanji obrnuto s temperaturom prema Wienovom zakonu pomaka, i maksimalna vrijednost spektralne gustine bi se trebala povećati direktno proporcionalno petom stepenu apsolutne temperature u skladu sa Wienovim drugim zakonom.

Slika 1

4. INSTRUMENTI I DODATNA OPREMA. OPIS INSTALACIJE

U ovom radu se kao zračeće tijelo koristi žarna niti električnih sijalica različite snage (25, 60, 75 i 100 W). Za određivanje temperature žarulje žarulje uzima se strujno-naponska karakteristika kojom se određuje vrijednost statičkog otpora () žarulje i izračunava njena temperatura. Slika 2 prikazuje tipičnu strujno-naponsku karakteristiku žarulje sa žarnom niti. Može se vidjeti da pri niskim vrijednostima struje struja linearno zavisi od primijenjenog napona, a odgovarajuća prava linija prolazi kroz početak. Daljnjim povećanjem struje, žarna nit se zagrijava, otpor žarulje se povećava i uočava se odstupanje strujno-naponske karakteristike od linearne ovisnosti koja prolazi kroz ishodište. Za održavanje struje sa većim otporom potrebno je više napona. Diferencijalni otpor lampe monotono se smanjuje, a zatim poprima gotovo konstantnu vrijednost, a strujno-naponska karakteristika u cjelini je nelinearna. Pod pretpostavkom da je energija koju troši električna lampa uklonjena zračenjem, moguće je odrediti emisivnost žarne niti ili procijeniti Stefan-Boltzmannu konstantu koristeći formulu:

, (12)

gdje je površina niti žarulje; - stepen crnila; je Stefan-Boltzmannova konstanta.

Iz formule (12) može se odrediti emisivnost niti električne žarulje.

. (13)

Slika 2

Na slici 3 prikazano je električno kolo instalacije za uzimanje strujno-naponskih karakteristika lampe, određivanje otpora niti, njegove temperature i proučavanje zakona toplotnog zračenja. Tasteri K 1 i K 2 su namenjeni za povezivanje električnih mernih instrumenata sa potrebnim granicama za merenje struje i napona.

Promjenjivi otpor je spojen na kolo naizmjenične struje sa mrežnim naponom od 220V prema potenciometrijskom kolu koje omogućava glatku promjenu napona od 0 do 220V.

Određivanje temperature filamenta zasniva se na dobro poznatoj zavisnosti otpora metala od temperature:

gdje je otpor filamenta na 0 0 S; - temperaturni koeficijent otpornosti volframa, 1/deg.

Slika 3

Napišimo izraz (14) za sobnu temperaturu.

. (15)

Deleći izraz po član izraz (14) sa (15), dobijamo:

Odavde određujemo temperaturu filamenta:

. (17)

Dakle, znajući statički otpor filamenta u odsustvu struje na sobnoj temperaturi i otpor filamenta kada struja teče, moguće je odrediti temperaturu filamenta. Prilikom izvođenja radova, otpor na sobnoj temperaturi mjeri se digitalnim električnim mjernim uređajem (testerom), a statički otpor filamenta izračunava se prema Ohmovom zakonu

6. REDOSLED IZVOĐENJA RADOVA

1. Izvadite žarulju sa žarnom niti iz njenog grla i pomoću digitalnog električnog mjernog instrumenta odredite otpor niti električne žarulje koja se testira na sobnoj temperaturi. Zapišite rezultate mjerenja u tablicu 1.

2. Uvrnuti lampu u patronu, uzeti strujno-naponsku karakteristiku lampe (ovisnost struje od napona). Izmjerite jačinu struje svakih 5 mA nakon kratke ekspozicije u trajanju od 2-5 minuta. Zabilježite rezultate mjerenja u tablici 1.

3. Izračunajte otpor i temperaturu konca u 0 C i K koristeći formule (18) i (17).

4. Izračunajte emisivnost filamenta koristeći formulu (13). Zapišite rezultate proračuna u tabelu 1.

Eksperimentalni podaci za proračun emisivnosti

Tabela 1

№	I	V,	P,	R,	t,	T,	S,	k
	mA	AT	uto	Ohm	0 S	To	m 2

5. Koristeći podatke u Tabeli 1, izgradite strujno-naponsku karakteristiku lampe, ovisnosti otpora i emisivnosti od temperature i snage.

Prenos toplote zračenja između tela u providnom mediju (smanjena emisivnost sistema, proračun prenosa toplote, metode smanjenja ili povećanja intenziteta prenosa toplote).

Ekrani

U raznim oblastima tehnologije, vrlo su česti slučajevi kada je potrebno smanjiti prijenos topline zračenjem. Na primjer, potrebno je zaštititi radnike od djelovanja toplotnih zraka u radionicama gdje se nalaze površine s visokim temperaturama. U drugim slučajevima potrebno je zaštititi drvene dijelove zgrada od energije zračenja kako bi se spriječilo paljenje; termometri treba da budu zaštićeni od energije zračenja, inače daju pogrešna očitavanja. Stoga, kad god je potrebno smanjiti prijenos topline zračenjem, pribjegava se ugradnji paravana. Obično je ekran tanak metalni lim visoke refleksije. Temperature obe površine ekrana mogu se smatrati istim.

Razmotrimo djelovanje zaslona između dvije ravne beskonačne paralelne površine, a prijenos topline konvekcijom ćemo zanemariti. Pretpostavlja se da su površine zidova i paravana iste. Temperature zida T 1 i T 2 održavaju se konstantnim, sa T 1 >T 2 . Pretpostavljamo da su koeficijenti zračenja zidova i ekrana međusobno jednaki. Tada su smanjena emisivnost između površina bez ekrana, između prve površine i ekrana, sita i druge površine jednake jedna drugoj.

Toplotni tok koji se prenosi s prve površine na drugu (bez ekrana) određuje se iz jednačine

Toplotni tok koji se prenosi sa prve površine na ekran nalazi se po formuli

i od ekrana do druge površine prema jednačini

U stabilnom termičkom stanju q 1 = q 2, dakle

gdje

Zamjenom rezultujuće temperature ekrana u bilo koju od jednačina, dobijamo

Upoređujući prvu i posljednju jednačinu, nalazimo da ugradnja jednog ekrana pod prihvaćenim uvjetima smanjuje prijenos topline zračenjem za polovicu:

(29-19)

Može se dokazati da se ugradnjom dva ekrana prenos toplote smanjuje za faktor tri, ugradnjom tri ekrana prenos toplote se smanjuje za faktor četiri itd. Značajan efekat smanjenja prenosa toplote zračenjem dobija se pri upotrebi ekran od poliranog metala, dakle

(29-20)

gdje je C" pr - smanjena emisivnost između površine i ekrana;

Sa pr - smanjeni koeficijent zračenja između površina.

Emisija gasa

Zračenje plinovitih tijela oštro se razlikuje od zračenja čvrstih tijela. Jednoatomni i dvoatomski gasovi imaju zanemarljivu emisivnost i apsorpciju. Ovi gasovi se smatraju transparentnim za toplotne zrake. Triatomski gasovi (CO 2 i H 2 O, itd.) i poliatomski gasovi već imaju značajan emisioni, a samim tim i apsorpcioni kapacitet. Pri visokim temperaturama, zračenje troatomnih gasova koji nastaju prilikom sagorevanja goriva od velike je važnosti za rad uređaja za izmjenu topline. Emisioni spektri triatomskih gasova, za razliku od emisije sivih tela, imaju izražen selektivni (selektivni) karakter. Ovi gasovi apsorbuju i emituju energiju zračenja samo u određenim intervalima talasnih dužina koji se nalaze u različitim delovima spektra (Sl. 29-6). Za zrake sa drugim talasnim dužinama, ovi gasovi su providni. Kada se greda sretne

na svom putu sloj gasa sposoban da apsorbuje snop sa datom talasnom dužinom, zatim se ovaj snop delimično apsorbuje, delimično prolazi kroz debljinu gasa i izlazi sa druge strane sloja sa intenzitetom manjim nego na ulazu. Vrlo debeo sloj može praktično apsorbirati cijeli snop. Osim toga, apsorpcijski kapacitet plina ovisi o njegovom parcijalnom tlaku ili broju molekula i temperaturi. Emisija i apsorpcija energije zračenja u gasovima se dešava u celoj zapremini.

Koeficijent apsorpcije plina može se odrediti sljedećim odnosom:

ili opšta jednačina

Debljina sloja gasa s zavisi od oblika tela i definiše se kao prosečna dužina snopa prema empirijskoj tabeli.

Pritisak produkata izgaranja obično se uzima jednakim 1 baru, stoga se parcijalni pritisci troatomskih plinova u smjesi određuju jednadžbama p co2, \u003d r co2 i P H 2 O \u003d r H 2 O, gdje je r je zapreminski udio gasa.

Prosječna temperatura zida - izračunata jednačinom

(29-21).

gdje je T "st temperatura stijenke kanala na ulazu plina; T"" c t je temperatura stijenke kanala na izlazu plina.

Prosječna temperatura plina određena je formulom

(29-22)

gdje je T"g - temperatura plina na ulazu u kanal;

T "" p - temperatura gasa na izlazu iz kanala;

znak plus se uzima u slučaju hlađenja, a znak minus se uzima u slučaju grijanja plina u kanalu.

Proračun radijacijskog prijenosa topline između plina i zidova kanala je vrlo složen i izvodi se korištenjem niza grafikona i tabela. Jednostavniju i prilično pouzdanu metodu proračuna razvio je Shack, koji predlaže sljedeće jednačine koje određuju zračenje plinova u medij s temperaturom od 0°K:

(29-23)

(29-24) gdje je p parcijalni pritisak plina, bar; s je prosječna debljina sloja plina, m, T je prosječna temperatura plinova i zida, °K. Analiza gornjih jednačina pokazuje da emisiona moć gasova nije u skladu sa Stefan-Boltzmannovim zakonom. Zračenje vodene pare je proporcionalno T 3 , a zračenje ugljičnog dioksida je proporcionalno G 3" 5 .