В остальных случаях - коэффициент облучённости , который находится из справочных данных (Кутателадзе, Боришанский. Справочник по теплопередаче. М: Энергия, 1959, с. 204 и 245).

Количество тепла, переданное излучением поверхности :

, или - удельная величина,

Где - коэффициент сопротивления тепла;

- сумма теплоты сгорания топлива и теплопоступления с воздухом и свежим топливом;

- теплосодержание газов, уходящих из зоны теплообмена, приведённое к единице массы сгоревшего топлива.

Формулы для инженерных расчётов, полученные на основе (3.23.) и (3.24.) приведены в задачнике Панкратова (стр. 54).

Учитывается поправка :

, (3.25)

, (3.26)

, где

- удельная теплоёмкость.

зависит от положения максимальной температуры в топочном пространстве.

При слоевом сжигании твердых топлив .

При факельном сжигании жидких и газообразных топлив (см. Панкратов - стр. 54).

Особенности расчёта: вычисление .

зависит от эммисионных свойств факела , коэффициента загрязнения и от геометрических факторов и .

- степень экранирования.

Для камерных топок:

(3.27)

- поверхность стенки, занятая экранами.

Для слоевых топок:

(3.28)

при , где

- площадь зеркала горения.

- для слоевых топок;

- для камерных топок

- поправка в (3.27.) для слоевых топок.

При равномерном распределении экранов по стенкам камеры для слоевых топок:

(3.29)

Для камерных топок:



(3.30)

Формула (3.30) справедлива, когда число экранированных плоскостей > 2.

Если же лучеврспринимающая поверхность расположена в выходной части или занимает выходную часть и одну из стен, то формула (36.30) будет иметь вид:

(3.31)

Эта формула получена в предположении, что все экраны размещены на одной стенке.

Далее находим величину :

(3.32)

находим из (3.2.):

- степень заполнения топочного объёма пламени - зависит от вида пламени.

Вид пламени
Несветящееся	1
Светящееся (сажистое пламя жидких топлив)	0,75
Светящееся и полусветящееся пламя твёрдых топлив	0,65

При сжигании смеси топлив берётся для топлива с большей светимостью, а величины и , входящие в (3.32.), (3.29.) и (3.30.), берутся для топлива, где эти коэффициенты имеют меньшее значение.



Пример 3.12

Определить степень черноты факела, образующегося при сжигании антрацита в камерной топке объёмом и с поверхностью стен 287 .

Температура газов, покидающих топку ;

Концентрация частиц золы 16 ;

Диаметр частиц ;

Объёмная доля углекислоты 0,045 ;

Объёмная доля водяных паров 0,129 ;

Давление .

Расчёт

1. Согласно классификации - это полусветящееся пламя, т.к. твёрдое топливо в камерном сжигании.

2. Находим эффективную длину пути луча по (3.9.):

3. Коэффициент ослабления - по (3.18.):

- по (3.8.):

4. Поглощательная способность топочной среды - по (3.2.):

5.

Пример 3.13

Выполнит тепловой расчёт топочного устройства

Дано:

Газообразное топливо.

* Среднее значение удельной (т.е. приведённой к единице массы топлива) теплоёмкости продуктов сгорания

* Полезное тепловыделение в топке (теплота сгорания единицы массы газов)

;

* Коэффициент сохранения тепла ;

* Расчётный расход топлива ;

* Коэффициент положения максимума температуры *⁾;

* Степень экранирования стен топки трубами ;

* Давление ;

* Эффективная длина пути луча ;

* Парциальные давления: ; .

Требуется определить: поверхность , обеспечивающую температуру газов на выходе из топки на меньше, чем на входе, т.е. .

Расчёт

1. При сжигании газообразного топлива, пламя несветящееся, в соответствии с этим принимаем .

Степень заполнения топочного объёма пламенем . .

2. Находим теоретическую температуру горения:

- энтальпия продуктов сгорания:

*⁾ Мы принимаем при правильном размещении горелок в камерной топке.

Чем больше, тем лучше.

характеризует положение максимума температуры.

Требуется равномерное распределение горелок, чтобы по всей топке было равномерное распределение тепла.



3. Находим требуемую температуру на выходе из топки:

4. Находим удельное (т.е. приведённое к единице массы топлива) количество тепла, переданное излучением:

5. Для несветящегося пламени, согласно рекомендациям перед формулой (3.20.), находим коэффициент ослабления - по (3.7^а) и (3.8.), причём определяющей температурой будет :

6. Поглощающая способность топочной среды - по (3.2.):

7. Степень черноты топочного пространства - по (3.30.):

По (3.26.) находим :

3.4 Совместное действие излучения, конвекции и теплопроводности

Рассмотрим перенос тепла через систему экранов

Механизм переноса тепла

Излучение (для замкнутой системы) - си. табл. 2.1.

(4.1.)

и - степени черноты встречных поверхностей экрана (в данном разделе они учитываются с помощью температуры).

Пример температурной зависимости степени черноты: (Шорин С.Н. Теплопередача. 1964, с.403) для оксидированного алюминия - см. табл.

Т, К	300	600	1000	2000
	0,8	0,53	0,37	0,17
	0,8	0,5	0,333	0,1818

Аппроксимирующая формула:

(4.2)

Среду между экранами рассматриваем как проводящую тепло.

Эффективный коэффициент теплопроводности этой среды с учётом конвекции имеет вид:

(4.3)

Для воздуха:

(4.4)

находится по формуле:

, (4.5)

(см. Лыков А. В. Тепломассообмен. Справочник. 1978. стр. 245)

Где: - ускорение гравитации, ;

- температурный коэффициент объёмного расширения газа,

Для жидкости рассчитывается по другим формулам.

- кинематический коэффициент вязкости

, ;

- коэффициент температуропроводности:

,

- толщина зазора, ;

- разность температур на границах.

- аппроксимация (4.6.)

Для расчёта конвективно - кондуктивного потока тепла через прослойку толщиной интегрируем уравнение теплопроводности межэкранного слоя:

(4.7.)



В результате интегрирования:

(4.8)

а) Сфера

, ,

где - текущая координата



Для сферы:

,

т.е.

(4.9^а)

где

б) Цилиндр (полый)

=



(4.9^б)

в) Конус (усечённый)

- удалённость вершины от меньшего сечения.

(4.9^в)

г) Пирамида

Возьмём произвольное сечение:

(4.9^г)

Используя (4.8.) получим:

(4.10.)

(4.10^а)

(4.11.)

(4.12.)

(4.13.)

-

среднеинтегральная величина .

Выражаем используя (4.4.), (4.5.), (4.6.), затем подставляем получившееся выражение в (4.3.):



(4.14)

Согласно (4.8.), (4.10.), (4 11.), (4.12.), (4.13.) запишем конвективно - молекулярный тепловой поток:

(4.15.)

- эффективная поверхность



Согласно (4.10.) - (4.13.) находим выражение как функции формы тела:

(4.16.)

;

;

(4.17)

(4.18)

(4.14) делим на , получим:

(4.19)

Лучистый тепловой поток от поверхности к поверхности через лучепрозрачную среду согласно формуле (4.1.) с учётом интегральной степени черноты стенки запишется следующим образом:

,



Представим функции и в следующем виде:

и - коэффициенты, зависящие от материала стенки и состояния её поверхности (полирование, степень окисления и т.д.) - см. табл.

- безразмерная величина

Излучающая поверхность		Т*	Литературный источник, использованный для получения формулы (4.20.)
Алюминий элоксированный	2	200	Шорин С.Н. Теплопередача. “Высшая школа”, М., 1964., с 403
Алюминий полированный	0,477	2200
Покрытие МgO	1,4625	342,857
Нержавеющая сталь, полированная	0,131023	-1639,956	Зигель Р., Хауэлл Дж., Теплообмен излучением. Изд-во “Мир”, М., 1975

Примечание: при отсутствии справочных данных зависимости в формуле (4.20.) берём Т_* > ?, таким образом вместо берём , а именно - среднеинтегральную степень черноты по справочнику как постоянную величину в диапазоне ожидаемых значений температуры.

Тогда, при различных материалах стенок имеем:

(4.21)

Используя равенство , т.е. складывая соответствующие потоки тепла, а также учитывая теплопроводность тонкостенных экранов, запишем уравнение теплового баланса, изображённого на рис.

Для тонкостенных экранов допускается равенство их внутренней и внешней поверхностей.

На участке Т₁ - Т₄ (типичный элемент (, обозначив и и обративщись кформуле (4.15.), получим:

(4.22.)

Экраны выполнены из различных материалов.

Система равенств правой части (4.22.) (без ) - это система двух уравнений.

При использовании граничного условия, т.е. заданной величины Т₁, система (4.22.) запишется следующим образом:

(4.23)

Здесь три неизвестных: Т₁, Т₃, Т₄.

Решение системы из двух уравнений с тремя неизвестными будет сводиться к определению зависимостей: , , .

Эти зависимости можно найти в графическом виде.

Приводим схему решения системы (4.23.), где

.



При известной Т₁ запишем следующим образом:

(а)

(б)

Из (а):

(в)

Подставим (в) в (б):

, т.е.:

(г)

Уравнение (г) решается графически, а именно, задаваясь значениями Т₄ строим зависимости .

В уравнении (г) задаёмся Т₄ = const, т.е. выбираем какое-то произвольное значение.

Для каждого Т₄ получим своё значение Т₂ и в результате строим график Т₂ (Т₄).

Эту зависимость по возможности заменяем аналитической аппроксимацией.



Пример расчёта - см. схему

- зазор между экранами;

- толщина изоляции;

1 - теплоноситель:

температура ядра ,

2 - цилиндрическая труба:

внутренний радиус ;

толщина стенки ;

коэффициент теплопроводности (нержавеющая сталь)

;

Интегральная степень черноты при температуре Т₂ - по (4.20.):

где ; (см. табл.)

3 - цилиндрический экран:

;

;

(алюминиевый сплав, полированный );



;

;

(см. табл.)

4 - теплоизоляционный материал:

;

;



коэффициент наружной теплоотдачи ;

температура окружающего воздуха .

Методика расчёта

Дано:

1. Составим систему уравнений теплового баланса:

(а)

Решаем эту систему.



Из (б) и (в) получим:

(г)

;

Используя (б) и (г), получим:

Алгоритм расчёта на конкретном примере

Из (г):

10) По п.8 находим Т₃ при различных Т₂, изменяя их в пределах “ ”.

11) При полученных по п.8 рассчитываем - по п.9.

12) Приравниваем по п.11 к



13) По вычисленной температуре Т₂ рассчитываем по (б) величину:

,

откуда находим

14) Находим Т₃ - по п.8:

15) Из левой части системы (а) находим Т₁:

; затем: ;

;

- эта величина должна совпасть с данной

Обратимся к п.12.

Построение графиков (численное исследование)

Таблица результатов расчёта

	(по п.8.)	- по п.9.
950	1119,65469	-494,1564326
975	709,8273448	306,4040148
1000	300	776,9143133



По п.13 находим

По п.15:

-

следовательно, расчёт правильный.

Литература

Основная:

Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. «Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов». - М.: Химия, 1990-304 с.

Цыганков А.П., Сенин В.Н. «Циклические процессы в химической технологии. Основы безотходных производств». - М.: Химия, 1988-320с.

Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. «Справочник по теплопередаче». - М.-Л.: Энергия, 1959.

Шорин С.Н. «Теплопередача». - М.: Высшая школа, 1964

Булгаков К.В. «Использование вторичных энергетических ресурсов».- М.-Л.: Госэнергоиздат,1963-184с.

Панкратов Г.П. «Сборник задач по теплотехнике». - М.: Высшая школа, 1995-238с.

«Промышленная теплоэнергетика и теплотехника»: П81 Справочник под общей редакцией В.А.Григорьева, В.Н. Зорина - 2-ое издание перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1991-588с.: ил. - (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн.4). [с.99,133]

«Санитарная очистка и уборка населенных мест». Справочник под ред. А.Н. Мирного.- М.: АКХ им. К.Д. Памфилова,1997-320с.

Сорокин Я.Г. «Безоотходное производство в нефтеперерабатывающей промышленности».- М.: Химия, 1983-200с. [сс.83-91]

Шаргут Я., Петела Р. “Эксергия” - М. 1968 - 280с.

Ермолаев О.Н. ”Печи химического производства” МИХМ: - М, 1979 - 84с.

Серебряный Г.Л. ”Энерго - и ресурсосбережение. Термоэлектрические преобразователи энергии” - М.: МГУИЭ, 2008 -537с.

Дополнительная литература*

Ключников А.Д. «Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения».- М.: Энергоатомиздат,1986-128с.: ил. - (Экономия топлива и электроэнергии). [620 К52]

«Проблемы эффективного использования вторичных энергоресурсов». Сб. науч. статей. СССР. Сибирское отделение. Институт Теплофизики.-Новосибирск; 1976-194с. [620.9.П78]

Твайделл Дж.; Уэйр А. «Возобновляемые источники энергии».: Пер. с англ.-М.: Энергоатомиздат,1990-392с. [620Т26]

«Экономия энергоресурсов на машиностроительном заводе». Маш.гиз. М.:Свердловск,1951-424с. [621.75 Э40]

«Сборник предложений по экономии электрической и тепловой энергии, премированных на 13 и 14-м Всесоюзных конкурсах».- М.-Л.: Госэнергоиздат,1960-271с. [621.3С23]

«Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в металлургии»: ГНТИ Литературы по черной и цветной металлургии,1962-240с. [669С30]

«Теплометрия, Энерго- и ресурсосбережение». АНУССР, Институт проблем энергосбережения. СБ. научных трудов.- Киев,1969-122с. [536Т34]

Юлинг Е.А «Анализ тепловых потерь». 1933 [621.1Ю34]

Виленский Н.М. «Рациональное использование вторичных энергетических ресурсов». 1963 [620,9 В44]

«Использование вторичных энергоресурсов (м-лы совещания)». Центр. ин-т научнотехн. информации. Алма-ата, 1964-137с. [620,9 И88]

Гурович Л.С. «Контактные теплоуловители для использования тепла отбросных газов и воздуха».- Л.: НКТП-СССР, 1939-22с. [621,1 Г95]

Попырин Л.С. «Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок».- М: Энергия,1978-416с. [621 П58]

Хараз Д.И., Псахис Б.И. «Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах».- М.: Химия, 1984-224 с. [660 х-20]

Лейтес И.Л., Сосна М.Х., Семенов В.П. «Теория и практика химической энерготехнологии».- М.: Химия, 1988-279 с.[660 л42]

Степанов А.В., Горюнов В.С. «Ресурсосберегающие технологии переработки нефти». [622 С79]

* В квадратных скобках - шифры фундаментальной научно-технической б-ки МГУИЭ.

Размещено на Allbest.ru