+7 (495) 999-47-65
litteh-sale@mail.ru
Корзина пуста
Выбрано 0 шт.
на 0 руб.

4.4.2. Теплопередача излучением между серыми поверхностями тел, разделённых лучепрозрачной средой

Заявка на звонок Заполните форму:
captcha
Я даю своё согласие на обработку моих персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27.07.2006 года №152-ФЗ «О персональных данных», на условиях и для целей, определенных Политикой конфиденциальности.
Методичка
Глава 1. ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА
Глава 2. МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ
Глава 3. ДВИЖЕНИЕ ГАЗОВ В ПЕЧАХ
Глава 4. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Глава 5. ОГНЕУПОРНЫЕ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава 6. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА
Глава 7. СПОСОБЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ
Глава 8. ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Глава 9 НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Глава 10. СУШИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Использованная литература
Понятие углового коэффициента. Рабочее пространство печи представляет собой обычно замкнутую систему. Для вычисления доли тепла, излучаемого источником, попадающего на рассматриваемую поверхность, пользуются понятием углового коэффициента. В качестве примера рассмотрим схему электрической печи для отжига отливок с плоским сводом (рис. 4.7).

Электрические нагреватели, расположенные на плоском своде печи, излучают тепловую энергию - Qво всех направлениях. Часть этой энергии попадает на металл – Qмет. , на четыре стенки печи попадает энергия - Qст.1, Qст.2, Qст.3, Qст.4 .    Для замкнутой системы можно записать:

Qмет.+ Qст.1,+ Qст.2,+ Qст.3, +Qст4 = Q.

Разделив все члены уравнения на Q, получим:

Qмет /Q.+ Qст.1 /Q+ Qст.2/Q+ Qст.3 /Q+Qст4/Q = 1

     Отношения в левой части уравнения называют угловыми коэффициентами излучения свода на металл и на стенки  φмет.,   φст.1   ,  φст.2и так далее.Очевидно, что для замкнутой системы  сумма угловых коэффициентов также равна 1. Возможны случаи, когда лучистым теплом обмениваются элементы одной и той же поверхности. Например, если свод печи арочный (рис. 4.8), то наряду с излучением на стенки и на металл, элементы футеровки свода излучают энергию друг на друга   (Qсв.)  (свод излучает «сам на себя»). В этом случае можно записать:

φмет. +  φст.1   + φст.2+ φст.3  +  φст.4 + φсв=1               

Определим угловые коэффициенты для типичных случаев теплообмена, приведённых на рис. 4.9. Если в теплообмене участвует вогнутая поверхность, обязательно учитывают излучение этой поверхности на себя.

Две бесконечно большие плоскости изображённые на (рис.4.9.,а) представляют собой подобие нагревательной печи с плоским сводом.  Вся энергия, излучаемая каждой из плоскостей, будет передаваться на противоположную плоскость.

Поэтому:φ1,1  + φ1,2   =1  и    φ2,1   + φ2,2   =1                      (4.29)

Поскольку обе поверхности плоские, -φ1,1  =  φ2,2=0 , а φ1,2   =1иφ2,1=1.

         Когда одно тело расположено внутри другого (рис. 4.9.,б), вогнутая поверхность  2будет излучать энергию не только наповерхность  1, но и на себя. Тело  1 не имеет вогнутых поверхностей, поэтому φ1,1  =0, уравнения (4.29) принимают вид:  φ1,2   =1  и    φ2,1   + φ2,2   =1.

         Если две поверхности   F1  и  F2  излучают друг на друга, то согласно правилу взаимности справедливо равенство: F1φ1,2 = F2φ2,1, поэтому:  

φ2,1=F1/F2 ,  φ2,2=1-(F1/F2).

     Рисунок (4.9.,в)   схематично изображает взаимодействие сводчатой футеровки плавильной печи с плоской поверхностью ванны металла. Повторив рассуждения, приведённые в предыдущем случае, получим:    φ1,2   =1; φ2,1=F1/F2  и  φ2,2   =1- F1/F2.             

 

 Теплообмен излучением между серыми телами в замкнутой поверхности

            Этот вид теплообмена часто встречается на практике. Для случая, когда в теплообмене участвуют несколько тел, расчёт представляет большие трудности. Поэтому рассмотрим методику расчёта процесса теплообмена между двумя серыми телами. Пусть на элементарную площадку серого тела, имеющего степень черноты ε падает поток Qпад (рис. 4.10).

Часть этого потока поглощается:      Qпогл.= Qпад.ε,                                     (4.30)

другая - отражается:                 Qотр. = Qпад.(1-ε).                                     (4.31)

При температуре Т площадка образует собственное излучение:

Qсоб.= εС0(Т/100)4F                                                                                         (4.32)

или в другой форме записи (через коэффициент излучения):     

 Qсоб. = εσ0Т4F                                                                                      (4.32a)

Разница между поглощённым и собственным потоками называется результирующим  потоком:  Qрез.=Qпогл-Qсоб. =Qпад. ε -Qсоб , отсюда:

Qпад.=(Qрез- Qсоб.)/ ε.                                                                             (4.33)

Подставив эту формулу в (4.31), получим: Qотр. =( Qрез.+ Qсоб)(1/ ε-1). (4.34)

Сумма собственного и отражённого излучений является эффективным потоком: Qэф = Qсоб + Qотр =Qсоб+( Qрез.+ Qсоб)(1/ ε-1).                   (4.35)

Чтобы получить уравнение эффективного потока в наиболее компактной форме, в уравнение (4.35) следует подставить не (4.32), а (4.32а).

Тогда после преобразований получим окончательно:

Qэф0FT4 + Qрез(1/ε -1)                                             (4.36)

            Для второго тела,  расположенного в том же изолированном пространстве можно записать аналогичные соотношения.  Присвоим величинам, относящимся к первому телу индекс 1, а ко второму 2.

С учётом угловых коэффициентов потоки, падающие на эти тела, определятся по формулам:  Q2,пад = Q1,эф•φ1,2-это поток падающий с первого на второе тело;

Q1,пад = Q2,эф•φ2,1-это поток падающий со второго тела на первое.  

  Если  Т1>T2 , то результирующий поток будет равен:

Q1,2 = Q1,пад - Q2,пад = Q1,эфφ1,2 - Q2,эфφ2,1 ==σ0F1φ1,2 (T1)4+

+Qрез1(1/ε1 – 1) - σ0F2φ2,1 (T2)4+Qрез2(1/ε2– 1)                                     (4.37)        

   Согласно закону сохранения энергии: Q1,2 = - Qрез1= Qрез2    и φ1,2F1 = φ2,1F2

            После алгебраических преобразований получим:

Величина ε1,2названа приведённой степенью черноты,  σ1,2– приведённым коэффициентом излучения, а F1,2  - взаимной поверхностью излучения.

Применительно к вариантам взаимного расположения тел, показанным на (рис. 4.7.), следует в развёрнутое выражение (4.38) подставить соответствующие  им значения φ1,2   φ2,1 , F1 и  F2.

Действие экранов.

Если между двумя бесконечными пластинами1 и 2 помещён тонкий непрозрачный экран, то плотность теплового потока от пластины, имеющей  температуру Т1к экрану  будет равна:


а потока от экрана  ко второй пластине, имеющей температуру Т2:

Если пластина бесконечно тонкая, то температура с обеих её сторон одинакова. При стационарном режиме потоки Q1,э =Qэ,2= Q1.2.

Если степень черноты пластин одинакова и равна ε, то из этих равенств следует:


Таким образом, можно сделать вывод о том, что установка экрана уменьшает результирующий поток в два раза.

Излучение через отверстия в стенах, своде или поде печи.

Величина энергии, излучаемой в пространство, зависит от формы и размеров отверстия:

- степень черноты расплава, для жидкого  чугуна она примерно равна 0,29;

- коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, равный 5,7;

- коэффициент диафрагмирования, зависящий от уровня заполнения тигля.

По данным [7] эта зависимость может быть представлена в виде:



dт – диаметр тигля;

hт и hм  высота тигля и глубина металла соответственно