Лучистому теплообмену

элементы с объемным тепловыделением qv внутри проницаемого материала (см. рис. 1.2), которое может иметь различную физическую природу: омический нагрев, деление ядерного топливного материала, объемное поглощение проникающей радиации или лучистого теплового потока внутри полупрозрачной среды. Направление движения теплоносителя может как совпадать, так и быть противоположным лучистому и радиационному потокам;

Способ транспирационного охлаждения конструкций, на которые воздействуют внешние тепловые конвективные или лучистые потоки высокой плотности (см. рис. 1.1), обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими видами тепловой защиты: а - высокой эффективностью использования охладителя; б — контролируемым уменьшением внешнего конвективного теплового потока, достигающего поверхности за счет регулируемого вдува охладителя; в — снижением внешнего лучистого теплового потока при подаче газовзвеси с твердыми частицами, а также лучепоглощающего газа или паров; г — отсутствием ограничений по величине внешнего теплового потока при сохранении неизменности формы и целостности охлаждаемой поверхности. В ряде случаев при чрезвычайно высоких тепловых потоках, сложной конструкции или малой доступности поверхности пористое охлаждение — единственно возможный метод тепловой защиты.

В экспериментах по испарительному жидкостному охлаждению пористой металлической стенки с внешним лучистым нагревом при постоянном расходе охладителя плотность лучистого теплового потока постепенно увеличивалась. При этом происходило изменение визуально наблюдаемой на внешней поверхности образца структуры вытекающего потока от появления газопаровых пузырьков под пленкой кипящей жидкости до полного испарения потока. Картина истечения двухфазного потока на всех промежуточных стадиях также аналогична изложенной ранее для адиабатного испаряющегося потока.

Кривые 1 (см. рис. 6.13) соответствуют режимам сплошной кипящей пленки на внешней поверхности при однофазном течении жидкости внутри стенки. Температура охладителя при этом практически не отличается от температуры пористого металла. Важной особенностью кривых 1 является то, что их экстраполяция до внешней поверхности всегда дает ее температуру 100 °С, причем форма этих кривых не изменяется при увеличении теплового потока вплоть до начала высыхания внешней поверхности в центре образца. Объясняется это тем, что часть лучистого теплового потока, возрастающая по мере утонения жидкостной пленки, проходит сквозь нее, поглощается тонким поверхностным слоем пористого металла, нагревает его до температуры начала закипания жидкости и затрачивается на ее испарение.

Основной причиной указанного скачка является значительная неоднородность лучистого теплового потока по радиусу, из-за которой высыхание внешней поверхности всегда начинается в центре. Это вызывает перераспределение массового расхода охладителя. В центре, где сопротивление паровому потоку выше, расход охладителя уменьшается за счет увеличения расхода жидкости по периферии образца. При этом перепад давлений на образце возрастает незначительно. Увеличение расхода по периферии требует дальнейшего повышения теплового потока для испарения всего охладителя.

где q? — суммарный тепловой поток; qn — величина лучистого теплового потока, определяемая известными методами.

теплозащитных покрытий, определяющее значение имеет абсолютная величина и характер изменения со временем конвективного или лучистого теплового потока. Конвективный тепловой поток, кроме того, характеризует также уровень массообмена в силу аналогии между 318 коэффициентами теплообмена (а/ср) и массообмена 3, который является

Все перечисленное показывает, насколько важно разработать методы измерения конвективного (или лучистого) теплового потока, которые имели бы приемлемую точность в условиях обтекания высокотемпературными или высокоскоростными газовыми потоками.

Вектор 6q составлен из относительных отклонений лучистого теплового потока, воспринимаемого радиационными и конвективно-радиационными теплообменниками из топки.

Изменение лучистого теплового потока распространяется одновременно на все радиационные и конвективно-радиационные теплообменники. Изменение расхода газов происходит одновременно во всех конвективных теплообменниках на одинаковую величину, совпадающую с изменением расхода газов на выходе из топки. Изменение расхода рабочей среды распространяется без запаздывания от предыдущих теплообменников к последующим. Величина изменения расхода в теплообменниках зависит от изменения расхода на входе и от сжимаемости среды, а следовательно, от скорости изменения температуры и давления. Наибольшая разность между входным и выходным значениями расхода рабочей среды при всех возмущениях соответствует радиационной части парогенератора или радиационной части и ЗМТ, если ЗМТ вынесена. Естественно, эта разность возникает только во время переходных процессов, когда имеют место значительные скорости изменения температуры и давления. По мере приближения к новому установившемуся состоянию она уменьшается. По окончании переходного процесса расход рабочей среды одинаков по всему тракту, за исключением участков, расположенных после впрысков.

При возмущении расходом топлива наблюдаются наибольшие изменения выходных координат топки, причем все они имеют одинаковый знак. Возмущение расходом воздуха в большинстве случаев приводит к различным по знаку изменениям расхода дымовых газов, лучистого теплового потока и температуры на выходе из топки. Например, при увеличении расхода воздуха расход дымовых газов растет, а температура и лучистый тепловой поток снижаются. Изменение расхода рециркуляции в топку приводит к аналогичному с расходом воздуха изменению выходных координат топки, но при значительно меньших коэффициентах усиления. Кроме того, при изменении рециркуляции, подаваемой в выходную часть топки, лучистый поток практически не изменяется. При совместных изменениях расхода топлива и воздуха и работающем быстродействующем регуляторе соотношения «топливо — воздух», обеспечивающем постоянство избытка воздуха, наблюдаются одинаковые по знаку изменения выходных координат топки, но меньшие по сравнению с изменениями, вызванными только возмущением расхода топлива.

ловое сопротивление лучистому теплообмену, обусловленное наличием экрана.

Рис. 18-8. К лучистому теплообмену между селективно-серым газом и серой стенкой.

где Tzl и Гга , °К — соответственно температуры наружной поверхности баллона и внутренней поверхности нагревателя: D = 17,5- 10~3 м — внутренний диаметр нагревателя; егр — интегральная -степень черноты графита, равная 0,78 в интервале температур 800 — 2000° С [1]. Формула (9) идентична теоретической формуле, получаемой при расчете теплообмена между двумя коаксиальными и расположенными один внутри другого 'бесконечными по длине цилиндрами с соответственно постоянными, не равными между собой, температурами. Такое совпадение объясняется, как и в случае с измерением температур, малым кольцевым зазором в калориметрической системе (фиг. 2), благодая чему пространственная задача по лучистому теплообмену между образцом и нагревателем сводится к плоскостной.

5. Ю. А. Суриков. Теоретические основы зонального метода расчета лучистого теплообмена в высокотемпературных промышленных электрических' .печах. Тезисы докладов на Всесоюзной конференции по лучистому теплообмену. Москва, 21—27 июня 1962.

6. Г у р в и ч А. М., О применении теории подобия к лучистому теплообмену в топках, Доклады АН СССР, 1940, № 7.

16. Г у р в и ч А. М., О применении теории подобия к лучистому теплообмену в топках, Доклады АН СССР, 1940, № 7.

На основе изложенного может быть сформулировано обобщенное уравнение энергии с учетом различных видов теплообмена (лучеиспускание, конвекция, теплопроводность), связанных с движением среды, наличием источников и стоков тепла, нестационарности режима и работы объемных сил и сил трения. Задача о лучистом теплообмене, таким образом, является частным случаем этой весьма широкой постановки вопроса. Определение отдельных функций, входящих в общее уравнение энергии, строго математическим путем пока представляет непреодолимые трудности. 'В частности, при решении задач по лучистому теплообмену необходимо знать температурное поле и поле коэффициентов поглощения. Первое из них является результатом одновременно протекающих процессов тепловыделения и теплоотдачи, связанных с процессами горения и движения среды, т. е. с явлениями как кинетического, так и диффузионного характера, чаще всего не поддающихся точному математическому описанию.

На точность полученных результатов при исследовании нестационарного процесса перемешивания теплоносителя в пучках витых труб большое влияние может оказывать также инерционность датчиков при измерении температуры. Действительно, если при. измерении стационарных температур погрешности измерения возникают из-за отвода тепла от датчика теплопроводностью благодаря лучистому теплообмену с окружающими телами и других причин, то при измерении изменяющейся во времени температуры возникают дополнительные погрешности, обусловленные нестационарностью процесса. Это связано с тем, что королек термопары не успевает принять температуру окружающей среды мгновенно и сигнал, возникающий в термочувствительном элементе, регистрируется с запаздыванием из-за его термической инерционности. Имеющиеся в настоящее время методы расчета инерционности термопар позволяют сделать только приближенные оценки нестационарной погрешности измерения температуры теплоносителя — воздуха. С увеличением коэффициента теплоотдачи инерционность уменьшается, как и с уменьшением диаметра королька термопары (толщины проволоки). На погрешности измерения может сказываться также темп нагрева пучка витых труб, или производная температуры теплоносителя во времени.

В настоящее время имеется ряд интересных монографий по лучистому теплообмену в топках котлов и в рабочих камерах промышленных печей [Л. 97, 10, 95, 62]. Однако они или посвящены отдельным специфическим вопросам [Л. 95], или в них вопросы теплопередачи излучением, изложенные на высоком теоретическом уровне, не имеют достаточно развитой прикладной части. Последнее затрудняет практическое использование этих работ широким кругом инженеров, а также студентами, специализирующимися по огнетехническим установкам. Довольно часто имеют место случаи, когда сравнительно несложные, но не освещенные в литературе конкретные задачи по лучистому теплообмену вызывают большие затруднения при расчетах различных огнетехнических установок. Вот почему в настоящее время имеется большая потребность в монографиях, отличающихся доходчивостью изложения физических основ теплопередачи излучением, широким охватом прикладных задач, позволяющим читателю самостоятельно отбирать или составлять расчетные методики и приемы для решения практических задач, возникающих при исследованиях, наладке, проектировании и эксплуатации огнетехнических установок. В настоящей книге авторы пытались как можно ближе следовать этим положениям.

синусов, чем серьезно упрощается решение задач по лучистому теплообмену в печах.

Рис. 6-5. К лучистому теплообмену при наличии одного экрана между плоскопараллельными телами.

Рекомендуем ознакомиться:

Ленинград гатчинская

Ленточные пластинчатые

Ленточными конвейерами

Ленточное шлифование

Ленточного транспортера

Лезвийным инструментом

Ликвидации последствий

Меню:

Главная страница Термины