Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для определения температуры газов на выходе из камеры печи 60.i мы имеем уравнение
(“Бо"-8^) ®о.г“Ь®о.г — 1=0. (5-30)
Роль конвективного теплообмена учитывается коэффициентом Рамэ» выраженным в долях от лучистого потока тепла.
105
Решая уравнение (5-30) относительно 0о.г, имеем:
0о.
— Во + (Во2 + 4 Во^1Ркон,/я)1/2
2ещ?РкОНвЯ*
(5-31)
Иногда приходится, зная tos, определять лучевоспринимающую поверхность материала Нл, что можно сделать, пользуясь уравнением (5-26).
Доля общего тепла, переданного лучеиспусканием, может быть определена по формуле
___ Qi.k.m —BvTct(TT ^o.r) % f i T0.t \
Эта величина называется коэффициентом прямой отдачи тепла.
Пример 5-2. Для щелевой камерной печи, представленной на рис. 5-7, определить температуру отходящих газов. Температура металла: начальная /М^=20°С, конечная t"M = = 1 250 °С. Теоретическая температура горения *т = 1 900°С. Эффективная пучевоспринимающая поверхность металла Нп —1,085 ж2. Расход топлива (мазута) В===18,8Х 10~3 кг/сек. Количество продуктов сгорания при а=1,15, t)r=13,11 м?!кг (по справочнику). К. п. д. камеры сгорания tik = =0,92.
Безразмерные температуры:
Рис. Б-7. Щелевая камерная кузнечная печь.
20 + 273
начальная металла 8М,
конечная металла б.
- Тт |1 900 -4- 273
Гм 1 250 + 273
— =0,7;
=0,135;
Тт
Го.г
1 900 + 273
отходящих газов 80.т = -jr—•
Задаемся предварительно температурой отходящих газов t0.r= 1 300 °С, тогда средняя теплоемкость газов сг=1 720 дж/кг ¦ град.
Приведенная степень черноты е«=0,43 (вычислено отдельно, см. [Л. 1]). Определяем критерий Больцмана (по формуле 5-26):
Во:
18,18-10-МЗ, 11-1 720-0,92 Ю-5,67-1,085-2,173»
= 0,69.
=0,74.
Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности принят |= =0,70. Соотношение лучистого и конвективного теплообмена {Зконв принято для данного типа печи равным 1,16; m=( 1—04м)*/2= (1—0,7*) V2=0,87.
По формуле '(5-31) находим:
— 0,69 + КО,69* + 4-0,69-0,7-0,43-0,87 ¦ 1,15 — 2.0,43.0,7.0,87.1,15
Температура отходящих газов равна:
<о.г=Оо.гГ т-273=0,74 • 2 173—273= 1 315 °С,
что близко к ранее принятой.
Пирометрический коэффициент
Ц= (1—0о.г)Л«= (1—0,74)0,92 «=0,238.
106
Излучательная способность газа, найденная из расчетных графиков, относится к равномерно нагретому газу. Для практического использования этих графиков предполагают, что газы в печи (или на каком-либо участке печи) имеют постоянную среднюю температуру, одинаковую по всей толщине газового слоя, причем усреднение температур производится при помощи эмпирических формул, неотражающих аэродйнами-
Каиера ыорамия
rv
Л у*. Пройукты сгорания
Рис. 5-8. График лучистого теплообмена между потоком излучающего газа и стенками камеры (канала).
Рис. 5-9. Схемы камеры сгорания.
ки и оптические особенности рассматриваемого процесса. На самом деле температура газа в объеме различна: наиболее низка она у слоев газа, движущихся в непосредственной близости от нагреваемых в печи предметов, а чем дальше слои газа отстоят от поверхности этих предметов, тем выше их температура. На температурное поле оказывает большое влияние конвективный теплообмен. Большую роль играет перемешивание струй газа. Весь теплообмен такого типа может быть назван радиационно-конвективным. Ясно, что большую роль при этом теплообмене играет скорость газа и направленность его движения.
Представим себе, что в цилиндрическом канале движется излучающий газ с одинаковой по всему сечению скоростью w, температура газа в начальном сечении Гь °К, в конечном сечении Гг, °К, температура же стенки одинакова Гст (рис. 5-8). С. Н. Шорин [Л. 18] показал, что в этом случае температура среды описывается критериальным уравнением вида
1 —
I*.
Т\ тс г
Тг
1 — (
kd, Ас
k\ '
Тг
-5-; (5-33)
здесь wd/v — критерий Рейнольдса; \/а — критерий Правдтля; <s0T^/k\— критерий ра-диационно-кондуктивного теплообмена, где сто — коэффициент излучения в формуле ?= = аоГ4; kd— критерий Бугера, характеризующий оптическую плотность излучающего газа; А0т—поглощательная способность стенки; в условиях термодинамического равновесия поглощательная способность равна степени черноты собственного излучения (/1 ст = ест); L/d — протяженность канала в калибрах d; К—коэффициент теплопроводности газов.
Если сравнить это уравнение с безразмерным уравнением конвективного теплообмена, то можно установить, что в него вошли дополнительные критерии: kd — критерий Бугера; <s9T\/k\ — критерий радиационно-кондуктивного теплообмена я ЛС1 — поглощательная способность стеики.
Опыты показывают, что критерий o0T\/k\ заметно не сказывается иа теплообмене и его можно опустить — это упрощает уравнение (5-33).
Можно также рассмотреть наиболее сложный случай — теплообмен в камере сгорания газа, когда в камеру сгорания поступает смесь топлива и окислителя, сгорающая с образованием раскаленных продуктов горения и выделением химической энергии (рис. 5-9). С. Н. Щорин приводит в |[Л. 18] уравнения, полученные из опыта с небольшой камерой сгорания, которые можно использовать для приближенных расчетов радиационно-конвективного теплообмена при заданной температуре охлаждающей среды (стенок камеры}.
