Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

11.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКРАНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИЗЛУЧЕНИЯ

Для защиты от перегрева некоторых элементов теплотехнического оборудования требуется уменьшить лучистый теплообмен. В этом случае между излучателем и обогреваемым элементом ставят перегородки, называемые экранами.

Рассмотрим систему тел, аналогичную изображенной на рис. 11.2. Установим между ними экран (рис. 11.4). Лучшую защиту второго тела от излучения первого обеспечит, естественно, абсолютно белый экран, полностью отражающий все падающие на него излучения. Реально можно сделать экран из полированных металлических пластин со степенью черноты еэ = 0,05-н0,15. В этом случае часть энергии, испускаемой первым телом, будет поглощаться экраном, а остальная - отражаться. В стационарном режиме вся поглощенная экраном энергия будет излучаться им на второе тело, в результате чего будет осуществляться передача теплоты излучением от первого тела через экран на второе. Оценим роль экрана, исключив из рассмотрения конвекцию и теплопроводность. Примем, что ei = = е2 = еэ = е и Т[>Т2. Термическое сопротивление теплопроводности тонкостенного экрана практически равно нулю, так что обе его поверхности имеют одинаковые температуры Т,.

Приведенные степени черноты системы: первое тело - экран и экран - второе тело в соответствии с (11.17) одинаковы и равны

* .. (11.19)

Р (l/e+1/e-l) 2-е.

От более горячей пластины экрану передается теплота, плотность потока которой

Экран

Рис. 11.4. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями через экран

а от экрана к более холодной поверхности Т. V / Т., V

100 у у 10

(11.21)

В стационарном режиме qi; = q23. т.е.

Отсюда

\ 100 у \ 100 / V 00/

Подставляя полученное выражение в (11.20) или (11.21), получаем

( 100 j

(тш )

(11.24)

Это и есть плотность теплового потока д]2, передаваемого от первой пластины ко второй при наличии экрана. Без экрана

, (11.25)

ии / \ i ии /

где е р = Е/(2 -е).

Из сравнения выражений (11.24) и (11.25) следует 1?5,2/(?1,2 = 0,5, т. е. установка одного экрана при ei = e2 = B уменьшает поток излучения вдвое.

Можно показать, что при установке п экранов с г,г (e = ei = e2)

1\.2 1

<;,2 (1+ )е(2-ед7[ез(2-е.

(11.26)

Если е = 0,8 (окисленная стальная поверхность), а Еа = 0,1, то при наличии одного экрана (?!,2/? 1,2 = 0,073, т. е. лучистый тепловой поток уменьшается более чем в 13 раз. При наличии трех таких экранов лучистый теплообмен снижается в 39 раз! На этом основано конструирование специальной изоляции, состоящей из множества полированных металлических пластин или фольги с зазорами, ши-

роко применяемой в последнее время. Для исключения конвекции и теплопроводности т зазоров часто откачивается воздух. Такая изоляция называется вакуумно-мнО-ослойной.

11.4. ПЕРЕНОС ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ В ПОГЛОЩАЮЩЕЙ И ИЗЛУЧАЮЩЕЙ СРЕДЕ

В единице объема среды равно отношению их массы с в единице объема (кг/м) к массе одной частицы плотностью рч. П = Сч6/(рчЛ). Число частиц в объеме слоя толщиной dx (и площадь I м): n = n\dx. Тогда

dE=-E

4 p.nd

dx =

Рассмотрим перенос энергии плоскопараллельным лучом в запыленной среде, например в продуктах сгорания твердого топлива, содержащих частицы золы. Луч направлен вдоль оси х (рис. 11.5). Площадь сечения луча примем равной I м, тогда энергия луча на входе в среду равна Е . Для простоты будем считать частицы пыли сферическими одинакового размера с диаметром d и абсолютно черными. В слое толщиной dx частицы, встретившиеся на пути луча, поглощают энергию в количестве dE Поглощенная энергия dE равна произведению падающей (Е) на суммарную площадь поперечного сечения всех частиц в слое толщиной dx. В свою очередь, эта площадь равна произведению поперечного сечения одной частицы nd/4 на их число п. Число П] частиц

= -£1,5-

	f (£-ае}
	о о	о о
	. ° О		-о
	О О . О	. о . О	° °.
	- о о	\ 9	о
		о °	-, ,о ° X
	-о ° - о
	- о о - . о	° о	°.о
	- о .о	- о	о о

Рис. 11.5. Ослабление плоскопараллельного излучения в запыленной среде

Отсюда

1,5с,

(11.27)

Интегрируя это выражение от начального значения £ (при л = 0) до текущего £, получим

/ 1,5с \ £ = £ ехр/ V (1128)

Обозначив величину (1,5cJ/(dp,j) через X, а толщину слоя среды через /, получим

£ = £ е- . (11.29)

Этот закон экспоненциального ослабления излучения в лучепоглощающей среде носит название закон Бугера: коэффициент ослабления X увеличивается с ростом массовой концентрации частиц и уменьшением их размеров.

Коэффициент поглощения слоя запыленной среды толщиной л: = / равен

Л =(£ -£)/£ = l-e- . (11.30)

Таким образом, коэффициент поглощения (а следовательно и степень черноты) слоя запыленной среды, в отличие от твердого тела, зависит от его толщины и концентрации пыли.

В реальных системах процесс передачи лучистой энергии осложнен тем, что несферические частицы имеют различные размеры, степень их черноты не равна единице, а луч не плоскопараллельный. Поэтому действительная величина X, а также величина /, заменяемая обычно на величину /эф, называемую эффективной длиной луча или эффективной толщиной излучающего слоя, оп-

ределяются из эксперимента и приводятся в справочниках.

Процесс распространения лучистой энергии в газовой (незапыленной) среде имеет много общего с вышеописанным процессом в запыленной среде. Роль пылинок играют здесь молекулы газа, концентрация которых увеличивается с ростом давления газа.

Различные газы обладают различной способностью излучать и поглощать энергию. Одно- и двухатомные газы (кислород, азот и др,) практически прозрачны для теплового излучения. Значительной способностью излучать и поглощать эне()гию излучения обладают многоатомные газы: диоксид углерода СО2 и серы SO2, водяной пар Н2О, аммиак NH,3 и др. Наибольший интерес представляют сведения об излучении диоксида углерода и водяного пара, образующихся при сгорании топлив. Интенсивностью их излучения в основном определяется теплообмен раскаленных газообразных продуктов сгорания с обогреваемыми телами в топках.

Газы являются селективными излучателями. Участки спектра, в которых газ излучает и поглощает энергию, называют п о л о с а м и излучения (поглощения). Ниже приведены основные полосы поглощения X, мкм, для СО2 и Н2О:

<.о,.

J. I

12,. )

I(i 5

н,.о

2,2 .3 4,8-8,.-) 12 - .30

Видно, что в световой (видимой) части спектра СО2 и пары Н2О не излучают и не поглощают, В коротковолновой части спектра газы поглощают и излучают хуже, чем в длинноволновой,

С ростом температуры, когда максимум излучения смещается в область коротких волн, степень черноты уменьшается. Поскольку степень черноты газа Ег существенно зависит от температуры, закон четвертой степени Стефана- Больцмана строго не выполняется. Так,

плотность потока излучения £,(~Г,

Выше отмечалось, что излучение [а-зов носит объемный характер. Способность газа излучать энергию изменяется в зависимости от плотности и толщины газового слоя. Чем выше плотность излучающего компонента rasoBoii смеси, определяемая парциальным давлением р, и чем больше толщина слоя газа /, тем больше молекул принимает участие в излучении и тем выше его излучательная способность и коэффициент поглощения. Поэтому степень черноты газа к, обычно представляют в виде зависимости от произведения р1 или приводят в номограммах [15). Поскольку полосы излучения диоксида углерода и водяных паров не перекрываются, степень черноты содержащего их топочного газа в первом приближении можно считать по фюрмуле

Излучение чистых газов (Н2О, СО2 и др,) находится в инфракрасной части спектра. Имеющиеся в продуктах сгорания раскаленные твердые частицы (зола и т. п.) придают пламени видимую окраску, и его степень черноты мо,жет быть большой, достигая значений 0,6-0,7, Поэтому при факельном сжигании твердых топлив, а при выделении сажи (при сжигании с недостатком воздуха) - и жидких, и газообразных основное ко личество теплоты в топках передается излучением пламени. Излучение lopHine-го пламени (факела) при теплообмене в топках рассчитывается по специальным формулам [15].

Контрольные вопросы и задачи

11.1. Сколько экранных алюминиевых полированных пластин следует поставить а системе вакуумпо-многослойной изоляции cyiuHjjbHoro шкафа для уменьшения тепловто потока излучения не менее чем па 99,4 %? Сушильный нзкаф работает при температуре, не превышающей 200 °С

11.2, Почему с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере Земли (при сжигании больших количестн органического топлива в процессе производствеппой деятельности человека) возможно потепление климата?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.