и окружающей его замкнутой серой оболочкой

Теоретические положения по расчету радиационного теплообмена между излучающим и поглощающим газом и окружающей его замкнутой серой оболочкой подробно изложены в литературе [1-3].

В инженерных расчетах лученепрозрачный (излучающий и поглощающий излучение) газ считают серым телом, а его объемное излучение заменяют излучением оболочки, в которую заключен газ. Поэтому плотность потока собственного излучения газа рассчитывают по формуле:

, (5.33)

где – степень черноты газа; – коэффициент излучения газа, Вт/(м²·К⁴); Т_г – температура газа, К.

Расчет радиационного теплообмена между серым газом и окружающей его замкнутой серой оболочкой выполняют по формуле Нуссельта:

, (5.34)

где – результирующий тепловой поток излучением, воспринимаемый оболочкой, Вт; – температуры газа и оболочки, К; – площадь поверхности оболочки, м². Приведенная степень черноты в системе газ–оболочка рассчитывают по формуле:

, (5.35)

где – степень черноты газа и оболочки соответственно.

Степень черноты газа зависит от его состава, температуры и объема, который занимает газ. Для продуктов сгорания энергетических топлив степень черноты газа рассчитывается по формуле:

, (5.36)

где – степень черноты углекислого газа; – степень черноты водяного пара; – условная степень черноты водяного пара; – поправочный коэффициент, учитывающий особенности излучения водяного пара; – степень черноты сернистого газа. Степени черноты перечисленных газов определены экспериментально и в зависимости от их парциального давления, длины пути луча и температуры приведены в литературе [1-3] в виде номограмм:

, (5.37)

где – парциальное давление i – го газа, кПа; Т_г – температура газа, º C (K); – эффективная длина пути луча, м. Для газового объема произвольной формы эффективную длину пути луча рассчитывают по формуле:

, (5.38)

где – объем, занимаемый газом, м³; – площадь оболочки, в которую заключен газ, м².

Поправочный коэффициент находят по номограммам [1-3] в виде .

В инженерных расчетах лучистый тепловой поток от газа к стенке иногда удобно представить в виде закона теплоотдачи Ньютона:

, (5.39)

где – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·К).

99 Коэффициент теплоотдачи излучением рассчитывают по формуле:

, (5.40)

где – приведенная степень чернот

102Для теплового расчета рекуперативного теплообменника используют два основных уравнения – уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи. Без учета тепловых потерь в теплообменном аппарате уравнение теплового баланса имеет вид:

, (7.1)

где – количество теплоты, отдаваемое горячим теплоносителем в единицу времени, Вт; – количество теплоты, воспринимаемое холодным теплоносителем в единицу времени, Вт. В развернутом виде уравнение теплового баланса можно записать:

а) для однофазных теплоносителей

; (7.2)

б) при изменении агрегатного состояния горячего теплоносителя (горячий теплоноситель – влажный насыщенный водяной пар)

, (7.3)

где G₁ и G₂ – массовые расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с; c_p1 и c_p2 – удельные массовые изобарные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей, Дж/(кг× К); и – температуры горячего теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С; и – температуры холодного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С; x – степень сухости пара.

103Для теплового расчета рекуперативного теплообменника используют два основных уравнения – уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи. Уравнение теплопередачи в рекуперативном теплообменном аппарате имеет вид:

, (7.15)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²× К); – средняя разность температур между горячим и холодным теплоносителями (средний температурный напор), °С; F – площадь поверхности теплообмена, м².

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формулам теплопередачи для плоской стенки, поскольку толщина стен у трубок теплообменников мала [1, 2]:

, (7.16)

где – толщина стенки трубы, м; – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м·К); – коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м²·К). Коэффициенты теплоотдачи рассчитывают по критериальным формулам

104Температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена изменяются по экспоненциальному закону. При этом из соотношений (111) следует обратно пропорциональная зависимость между водяными эквивалентами и изменениями температуры вдоль поверхности теплообмена (рис. 9):

если , то ; (7.12)

если , то . (7.13)

При противоточной схеме движения теплоносителей (рис. 7.9) выпуклость кривых изменения температуры теплоносителей направлена в сторону большого водяного эквивалента, т.е. в сторону теплоносителя с меньшим изменением температуры.

Если греющим теплоносителем является влажный или сухой насыщенный водяной пар, то в процессе теплопередачи его температура не изменяется и равна температуре насыщения при данном давлении:

.

105При расчете коэффициентов теплоотдачи при вынужденном движении в трубах и каналах принять поправку на начальный участок гидродинамической стабилизации потока , а температуру стенок рассчитать по приближенным формулам:

; , (7.19)

где – средняя разность температур теплоносителей, °С.

Среднюю разность температур для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей рассчитывают по формулам:

, если (7.20)

или

, если , (7.21)

где DT_max и DT_min – максимальная и минимальная разности температур теплоносителей (см. рис.9), °С; DT_а – среднеарифметическая разность температур, °С; DT_л – среднелогарифмическая разность температур, °С.

Для расчета средней разности температур при сложном движении теплоносителей строят температурный график для противотока и , рассчитанную по формулам (7.20) или (7.21), умножают на поправочный коэффициент , учитывающий особенности теплообмена при сложном токе. При этом студент самостоятельно принимает одну из схем перекрестного или сложного движения теплоносителей, приведенных в приложении [3] и по рисунку определяет , где комплексы P и R соответственно равны:

; . (7.22)

а) W1> W2	б) W1< W2
Рис. 7.9, а. Изменение температур горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при прямоточной схеме движения в зависимости от соотношения их водяных эквивалентов
а) W1> W2	б) W1< W2
Рис. 7.9, б. Изменение температуры горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при противоточной схеме движения в зависимости от соотношения их водяных эквивалентов