7.5. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ГАЗОВ

Одно- и двухатомные газы (кислород, азот) практически прозрачны для теплового излучения. Зна­чительной излучающей и поглощающей способностью обладают трех- и многоатомные газы (серни­стый и углекислый газ, водяные пары), которые образуются при горении органического топлива. В от­личие от твердых тел, имеющих в большинстве сплошные спектры излучения, газы излучают энергию лишь в определенных интервалах длин волн АХ, называемых полосами спектра. Для лучей других длин волн вне этих полос газы прозрачны, и их энергия излучения равна нулю. Таким образом, излучение и поглощение газов имеют избирательный или селективный характер. Если поглощение и излучение энергии в твердых телах происходит в тонком поверхностном слое, то газы излучают и поглощают энергию во всем объеме.

Французский ученый Пьер Бугер (1698 - 1758 гг.) экспериментально в 1729 г. доказал, а И.Г. Лам­берт в 17бо г. теоретически вывел закон ослабления света с начальной интенсивностью Л при прохож­дении его через среду с показателем поглощения к и толщиной 1: интенсивность излучения J уменьша­ется по экспоненциальному закону (закон Бугера-Ламберта-Бера)

J = Jо exp(-kl).

Количество поглощаемой газом энергии зависит от числа находящихся в данном объеме микрочас­тиц газа. Последнее пропорционально толщине газового слоя, характеризуемой длиной пути луча 1, парциальному давлению газа p и его температуре T. Приближенное значение средней длины пути луча определяется по соотношению 1 = 3,6V/F, где V - объем газа; F - поверхность оболочки, окружающей газ.

Плотность потока интегрального излучения с поверхности газового слоя определяется уравнением

E = ЄгСо        ] ,

где єг - степень черноты газового слоя, зависящая от температуры, давления и толщины слоя газа.

Полосы излучения (и поглощения) для паров Н2О и СО2 лежат в невидимой (инфракрасной) части спектра, а для практических расчетов и определения єг используют номограммы. Степень черноты газо­вых смесей определится как сумма степеней черноты отдельных компонентов по уравнению єг = єСО2 + в єН2О , где в - поправка, учитывающая частичное совпадение спектров излучения Н2О и СО2.

Как селективный излучатель газ не подчиняется законам Планка и Стефана-Больцмана. Несмотря на это, тепловое излучение газообразного тела или плотность лучистого потока, передаваемого от газа к окружающим его стенкам (оболочке), выражают такой же формулой, как и для твердых серых тел:

q = Єэфсо єг(T-1 - 4(—1 ,

где є^ф = о,5 (єст + 1) - эффективная степень черноты оболочки; єст - степень черноты оболочки при тем­пературе Гст; єг - степень черноты газа при температуре газа Гг; Аг - поглощательная способность газа при температуре оболочки Гст.

Лучистый удельный тепловой поток передаваемый из объема газа к более холодной стенке, ко­гда Гг > Гс, определяется по формуле

qл = Єпр Со [(Гг / 1оо)4 - (Гс / 1оо)4] ,

где єпр = (єг єс) / [єс + єг (1 - єс)] - приведенная степень черноты системы; єс - степень черноты стенки.

Параметр єг при этом следует выбирать при температуре газа в объеме Гг. Если же теплота переда­ется от нагретых стенок к газу, когда Гс > Гг, то параметр єг целесообразно выбирать при температуре

Гс.

Если в газе имеются взвешенные частицы сажи, золы и другие мелкие механические примеси, то степень черноты такого запыленного потока значительно возрастает. В топках котлов и других камерах сгорания на теплообмен, кроме того, значительное влияние оказывает излучение пламени. Эксперимен­тальные исследования излучения углекислоты и водяного пара показали, что энергия излучения СО2 пропорциональна степени 3,5, а водяных паров - третьей степени абсолютной температуры. Расчет теп­лообмена в топках и камерах сгорания проводится по специальным эмпирическим нормативным мето­дам.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я