Виды теплообмена

Во втором случае объём смеси и объём каждого компонента, входящего в смесь, одинаковы и по отдельности равны по объёму того

Виды теплообмена

Курсовой проект

Физика

Другие курсовые по предмету

Физика

Сдать работу со 100% гаранией
между трубами диаметр трубы равен 1/2 промежутка между трубами 3,4 промежутка 4,44 промежутка

Для других геометрических форм, не перечисленных в таблице, средняя длина пути луча в газе может быть приближенно определена по формуле

 

(3.1)

 

где V-объем газа, S-площадь поверхности газа.

В работах Хоттеля измерены зависимости излучательной способности ряда газов от температуры, полного давления и средней длины пути луча. Кривые для излучательных способностей паров Н2О и CO2 показаны на рисунке 3.1 и 3.2. На этих двух графиках и - парциальные давления газов. Полное давление для обоих случаев 0,10133 МН/м2 (1атм). В случае когда полное давление газа не равно 0,10133 МН/м2, значения и с рисунков 3.1 и 3.2 должны быть умножены на поправочные коэффициенты. Поправочные коэффициенты и представлены на рисунках 3.3 и 3.4.

 

Рисунок 3.1 Излучательная способность водяного пара при полном давлении 0,10133 МН/м2 (1 атм).

 

Излучательные способности Н2О и СО2 при полном давлении РТ, отличном от 0,10133 МН/м2 (1 атм), определяются выражениями

 

 

В случае, когда оба газа, Н2О и СО2, образуют смесь, излучательную способность смеси можно рассчитать как сумму излучательных способностей газов, определенных при допущении, что каждый газ существует отдельно, за вычетом коэффициента De, который учитывает излучение в перекрывающихся спектральных полосах. Коэффициент De для Н2О и СО2, представлен на рисунке 3.5. Излучательная способность смеси Н2О и СО2 поэтому определяется выражением

 

eсм = + - De (3.2)

 

Рисунок 3.2 Излучательная способность углекислого газа при полном давлении 0,10133 МН/м2 (1 атм).

Рисунок 3.3 Поправочный коэффициент для излучательной способности водяного пара при давлениях, отличных от 0,10133 МН/м (1 атм)

 

Рисунок 3.4. Поправочный коэффициент для излучательной способности СО2 при давлениях, отличных от 0,10133 МН/м (1 атм)

 

Рисунок 3.5 Поправочный коэффициент De для излучательной способности смеси водяного пара и СО2.

Пример 3.1. Определить излучательную способность газовой смеси, состоящей из N2, Н2О и СО2 при температуре 800 К и имеющей форму сферы диаметром 0,4 м. Парциальные давления газов = 0,1 МН/м2, = 0,04 МН/м2, =0,06 МН/м2.

Решение. Из таблицы 3.1 определяем значение средней длины пути луча для сферы

 

L=(2/3)D=0,27 м

 

(по формуле (3.1) L = 0,24 м). Значения параметров, используемых на рисунках (3.1) и (3.2), равны

 

T = 800К, L = 0,0104 (МН/м2)м, L = 0,0156 (МН/м2)м.

 

Излучательные способности для полного давления 0,1 МН/м2 равны

 

= 0,15, = 0,125.

 

Считаем, что N2 при 800 К существенно не излучает. Поскольку полное давление газа 0,2 МН/м2, необходимо ввести поправку в значения в рассчитанные для 0,1 МН/м2. Величины и берём с графиков (рисунок 3.3 и 3.4)

 

= 1,62, = 1,12.

 

Наконец, с помощью рисунка 3.5 определяем величину De, используемую для учета излучения в перекрывающихся полосах спектра:

De = 0,005.

 

Излучательная способность смеси определяется по формуле (3.2):

 

eсм = 1,62 0,15 + 1,12 0,125 - 0,005 = 0,378.

 

Определение поглощательной способности газа несколько сложнее по сравнению с определением e. Используются графики для излучательной способности, описанные выше, однако параметры графиков должны быть модифицированы. Например, рассмотрим водяной пар при температуре , на который падает излучение с поверхности, имеющей температуру Тs. Поглощательную способность Н2О можно приближенно рассчитать по уравнению

 

, (3.3)

 

в котором величина берется с рисунка 3.3, а - значение излучательной способности водяного пара с рисунка 3.1, определенное при температуре Тs, и при произведении давления на среднюю длину пути луча, равном

 

.

 

Значение поглощательной способности СО2 определяется аналогично по уравнению

(3.4)

 

где величина берется с рисунка 3.4, а величина , определяется по рисунку 3.2 при . Для смеси Н2О и СО2 поглощательная способность равна

 

,

 

где и определяются по уравнениям (3.3) и (3.4) соответственно, а Da = De оценивается по рисунку 3.5 при температуре Ts.

Пример 3.2. Определить поглощательную способность смеси О2 и водяного пара с полным давлением 0,2 МН/м2 и температурой 400 К. Средняя длина пути луча для газов 1,5 м, а падающее излучение испускается поверхностью с температурой 800 К. Парциальное давление Н2О составляет 0,02 МН/м2.

Решение. Считаем, что кислород не поглощает заметного количества падающего излучения и поглощательная способность смеси равна поглощательной способности водяного пара. Поглощательная способность Н2О определяется уравнением (3.3):

 

 

Параметры, используемые для определения и следующие:

 

(МН/м2)м,

= 0,11 (МН/м2)м,

= 0,06 (МН/м2)м.

 

По графику с рисунка 3.3 находим

 

= 1,45,

 

а по графику с рисунка 3.1 находим

 

= 0,33.

 

Поглощательная способность водяного пара, следовательно, равна

 

 

Инженерная формула для расчёта теплообмена между излучающим газом и теплообменной поверхностью имеет вид:

 

(3.5)

 

где - излучающая способность стенки в присутствии поглощающей среды.

Для замкнутой системы

 

(3.6)

поглощающей среды:

 

- по справочнику;

 

- излучательная способность газа при температуре газа;

- излучательная способность газа при температуре стенки.

 

3.2Сложный теплообмен

 

Для упрощения инженерных расчётов приведём форму закона 4-й степени к форме закона Ньютона:

 

(3.7)

тогда =, где

 

3.3 Указания к выполнению курсовой работы

 

В случае теплопередачи через некоторый теплообменный элемент, представляющий из себя многослойную стенку, приходится решать задачу в следующей постановке (рисунок 3.6).

t

Рабочее про- 1 2 і n-1 nОхлаждаемый

странствоканал

δ1 δ2

γ0 γn

Рисунок 3.6. - Схема элемента теплообменной поверхности

 

(3.8)

 

где di - толщина i - го слоя;

li - коэффициент теплопроводности i - го слоя;

tг, tн - температура газа в рабочем пространстве и температура насыщения соответственно;

a п - коэффициент теплоотдачи к пароводяной смеси;

qконв, qизл - конвективная и лучистая составляющая тепловой нагрузки на теплообменную поверхность.

Решение системы уравнений (3.8), нелинейной из-за зависимости li = l i(t) и присутствия в граничных условиях лучистой составляющей qизл, требует организации итерационного процесса. Это связано с тем, что от параметров искомого поля температур зависят теплофизические характеристики и интенсивность лучистого теплообмена (~ Т4г). Многократное использование одного алгоритма для нахождения решения (итерационный процесс) удобно осуществлять с помощью ЭВМ. Рассмотрим более подробно алгоритмы расчёта характеристик испарительного охлаждения рассматриваемого элемента теплообменной поверхности.

Из решения системы уравнений (3.8) можно определить тепловой поток, проходящий через многослойную стенку

 

(3.9)

 

- коэффициент радиационно - конвективного теплообмена.

Для удобства представления принято

 

(3.10)

 

Выражение, определяющее плотность лучистого теплового потока, приведено к форме Ньютона - Рихмана

 

(3.11)

 

Таким образом, для расчёта по формуле (3.9) необходимо рассчитать коэффициенты переноса из рабочего пространства, через теплообменную систему и к охлаждающему тракту.

Определение коэффициентов переноса

А. Теплообмен из объёма печи (газовая сторона).

Перенос энергии от горячих газов к теплообменной поверхности балки осуществляется как конвекцией, так и излучением. Суммарный коэффициент теплоотдачи представлен в виде

 

 

- коэффициент конвективного теплообмена;

- приведенный коэффициент теплообмена излучением.

Для выбора критериального уравнения (гл. 2) необходимо рассчитать критерии

 

- критерий Прандтля;

 

- коэффициент кинематической вязкости;

- коэффициент температуропроводности газов;

 

- критерий Рейнольдса;

- критерий Нусельта;

- при температуре стенки или

(3.12)

Таким образом, для определения нужны следующие характеристики смеси газов , , , расчёт см. раздел 2.3. , , , - выбираем по справочникам [2], [3].

Коэффициент температуропроводности определим по формуле:

 

 

Определение приведенного коэффициента теплообмена излучением см. 3.1. Б. Теплообмен со стороны охлаждающей воды см. раздел 2.4.

Порядок расчёта

Коэффициенты п

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 5 6 >