Методические указания к практическим занятиям по металлургической теплотехнике. Метод_указ_Прак_Мет_теплотех. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине Металлургическая теплотехника

• Название: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине Металлургическая теплотехника
• Анкор: Методические указания к практическим занятиям по металлургической теплотехнике
• Дата: 11.11.2022
• Размер: 2.35 Mb.
• Имя файла: Метод_указ_Прак_Мет_теплотех.docx
• Тип: Методические указания; #782341
• страница: 5 из 7

8.3 Задания для самостоятельного решения
Задание № 1. Определить приведенную степень черноты систе- мы, если трубопровод с наружным диаметром 0,1 м проходит в центре кирпичного квадратного канала со стороной 0,5 м. Степень черноты трубы 0,72. Степень черноты стенок канала 0,85.

Ответ: ε_пр = 0,706.
Задание № 2. В помещении большого объема находится стальная неизолированная труба, по которой протекает горячая вода. Наружный диаметр трубы 150 мм. Температура наружной стенки трубы 170 ^оС. Температура стен помещения 20 ^оС . Коэффициент излучения для стальной поверхности трубы 4,5 Вт/(м² ·К⁴). Определить потерю теплоты излучением с одного погонного метра трубы.

Ответ: q_l = 660,42 Вт/м.
Задание № 3. Стальной брусок нагревается в электропечи. Температура внутренней поверхности печи 800 ^oС, степень черноты 0,82. Температура поверхности бруска 350 ^oС, степень черноты 0,65. Заготовка лежит на поду печи. Площадь излучающей поверхности бруска меньше площади излучающей поверхности печи в 4 раза. Определить плотность результирующего лучистого потока от стенок печи на поверхность бруска.

Ответ: q = 41810 Вт/м² .
Задание № 4. Чему равна степень черноты поверхности, если
плотность теплового излучения 21000 Вт/м², а температура поверхности 700 ^oС?

Ответ: ε = 0,413.
Задание № 5. Определить тепловые потери излучением с 1 м длины паропровода наружным диаметром 0,12 м, если температура поверхности трубы 220 ^oС, степень черноты 0,85. Температура окружающей среды 17 ^oС.

Ответ: q_l = 944 Вт/м.
Контрольные вопросы:

1. 
   Какова основная формула и закон для определения потерь теплоты излучением?
   
2. 
   Почему процесс передачи тепла чаще всего является сложным и состоит из нескольких видов теплопередачи?
   
3. 
   Каково влияние температуры на коэффициент теплоотдачи?
   
4. 
   Поясните на схеме физическую сущность теплообмена излучением.
   
5. 
   Дайте определение абсолютно черному телу.
   
6. 
   Дайте определение абсолютно белому телу.
   
7. 
   Дайте определение прозрачному (диатермичному) телу.
   
8. 
   Для чего используют понятие «степень черноты»?
   
9. 
   Перечислите основные законы передачи теплоты излучением.
   
10. 
    Какие газы называются светящимися?
    
11. 
    Назовите и дайте основную сущность законов излучения.
    

Практическое занятие № 9
Излучение газов
9.1 Краткие теоретические сведения
В инженерных расчетах принимают допущение о том, что газ является серым телом, которое излучает и поглощает лучистую энергию оболочкой, в которой он находится. Тогда плотность потока собственного излучения газа при температуре газа Т_г рассчитывают по формуле

Степень черноты газа _г, состоящего из смеси излучающих и поглощающих газов, равна сумме степеней черноты этих газов:

где ε_CO2 – степень черноты углекислого газа СО₂;

ε_Н2О – степень черноты водяного пара Н₂О;

_SO2 – степень черноты двуокиси серы SО₂;

_CO – степень черноты окиси углерода СО.

Степень черноты водяного пара находят по формуле:

где ε*_H2O – условная степень черноты водяного пара;

 – поправочный коэффициент, который учитывает, что влияние давления водяного пара несколько выше, чем влияние эффективной длины луча.

Значения ε_CO2 , ε*_H2O , , ε_SO2, ε_CO находят при помощи номограмм (Приложение 1).

При сгорании энергетического топлива в продуктах сгорания содержатся в основном углекислый газ и водяной пар. При использовании номограмм необходимо знать парциальные давления газов, входящих в газовую смесь, и длину пути луча, которую рассчитывают по формуле:

где V – объем оболочки, в которой находится газ;

F – площадь поверхности этой оболочки.

Результирующий лучистый тепловой поток на поверхности оболочки с температурой Т_w и степенью черноты _w, ограничивающей газовую среду с температурой Т_г, равен:

а) по формуле Нуссельта (при допущении _г = А_г)


где


б) по формуле Поляка (с учетом неравенства г  Аг)


где



Поглощательные способности газов находят по номограммам при температуре стенки Т_w. Поглощательные способности A_CO2, A*_H2O можно найти по номограммам (Приложение 1).
9.2 Примеры решения задач

Задача №1. Определить плотность потока собственного излучения газов, находящихся в нагревательной печи при температуре 900 ^оС, если в состав газов по объему входит 10 % углекислого газа и 5 % водяного пара. При этом полное давление газов составляет 0,1 МПа. Эффективная длина пути луча 1,5 м.

Решение. Плотность потока собственного излучения газов рассчитывают по формуле:

Степень черноты собственного излучения углекислого газа и водяного пара:


где значения ε_CO2, ε*_H2O, , ε_SO2, ε_CO находят при помощи номограмм (Приложение 1).

При использовании номограмм необходимо знать произведение парциальных давлений углекислого газа и водяного пара на эффектную длину пути луча:


По номограммам Приложения 1 при температуре газов 900 ^оС находим:

Тогда степень черноты газовой смеси равна:

а плотность потока собственного излучения газов

Задача №2. Через газоход прямоугольного сечения 0,30,4 м проходят продукты сгорания, содержащие по объему 10 % водяного пара и 15 % двуокиси углерода. Общее давление газовой смеси 0,1 МПа. Температура продуктов сгорания 500 ^оС. температура стенок газохода 100 ^оС. Степень черноты стенок газохода 0,85. Определить плотность результирующего теплового потока от продуктов сгорания к стенке газохода.

Решение: При использовании номограмм необходимо знать парциальные давления углекислого газа и водяного пара, а также длину пути луча:

Произведения парциальных давлений двуокиси углерода и водяного пара на длину пути луча:

По номограммам Приложения 1 определяем:


Тогда степень черноты смеси газов

Для определения приведенной степени черноты в системе газ–оболочка используем выражение:

Тогда плотность результирующего теплового потока от продуктов сгорания к стенке газохода составит:

9.3 Задания для самостоятельного решения
Задание №1. Определить плотность потока собственного излучения изотермиче- ского слоя газа толщиной 0,25 м при температуре 1000 °С. Газ содержит 12 % СО₂ и 6 % Н₂О. Общее давление газа 1 бар.

Ответ: 14368,9 Вт/м² .
Задание №2. Рассчитать плотность лучистого теплового потока от дымовых газов к поверхности прямоугольного газохода со сторонами А = 0,8 м и В = 1,5 м. Газы содержат 7,5 % Н₂О и 16 % СО₂. Общее давление газов 100 кПа. Средняя температура газов 600 °С.

Указание.

Длину пути луча рассчитывают по формуле

Ответ: 8510 Вт/м² .
Задание №3. Камера, имеющая форму параллелепипеда со сторонами А = 2 м, В = 3 м и L = 5 м, заполнена продуктами сгорания. Температура газов 1400 ^оС. Давление смеси газов 0,1 МПа, парциальное давление углекислого газа 11,5 кПа, парциальное давление водяного пара 23 кПа. Найти плотность потока собственного излучения данной газовой смеси.

Указание.

Длину пути луча рассчитывают по формуле

Ответ: 65584 Вт/м .
Задание №4. Рассчитать плотность потока собственного излучения продуктов сгорания природного газа на экранную поверхность топки парового котла размерами 6812 м. Температура продуктов сгорания 2000 ^оС. Состав продуктов сгорания: r_СО2 = 0,015, r_Н2О = 0,09. Общее давление продуктов сгорания 1 бар.

Ответ: 300,4 кВт/м².
Контрольные вопросы:

1. 
   Как рассчитывают плотность потока собственного излучения газа при температуре газа Т_г?
   
2. 
   Как находят степень черноты газа _г, состоящего из смеси излучающих и поглощающих газов?
   
3. 
   Что понимают под степенью черноты газов?
   
4. 
   Поясните принцип работы с номограммами по определению степень черноты газов.
   
5. 
   Какие методы существуют для расчета результирующего лучистого теплового потока на поверхности оболочки с температурой Т_w и степенью черноты _w, ограничивающей газовую среду с температурой Т_г?
   

Практическое занятие № 10
Тепловые экраны и их применение
10.1 Краткие теоретические сведения
Плотность потока результирующего излучения в системе, состоящей из двух плоских параллельных серых поверхностей неограниченных разме- ров, между которыми расположено n экранов равна

где - приведенная степень черноты при наличии экранов:

где _эi – степень черноты i-го экрана.

При условии, что экраны имеют одинаковую степень черноты выражение для приведенной степени черноты при наличии экранов принимает вид:

В формулах для приведенной степени черноты при наличии экранов приведенную степень черноты между двумя плоскими параллельными серыми поверхностями неограниченных размеров _пр рассчитывают по формуле:

10.2 Примеры решения задач

Задача № 1. Определить плотность теплового потока излучением между двумя параллельными поверхностями, одна из которых выполнена из шамотного кирпича со степенью черноты 0,8, а вторая из красного кирпича со степенью черноты 0,92. Температура поверхности шамотного кирпича 150 ^оС, а поверхности красного кирпича 50 ^оС. Между кирпичными поверхностями помещен плоский экран из алюминия со степенью черноты 0,13.

Решение. В соответствии с формулой при наличии экранов:



где - для двух параллельных пластин с расположенным между ними одним экраном рассчитываем, используя формулы:
и

Получаем:

Тогда плотность теплового потока излучением на поверхности кирпичной стенки равна:


Задача № 2. Между двумя стальными листами с шероховатой поверхностью расположен экран из окисленного никеля. Температуры листов соответственно равны 420 и 120 ^оС. Найти плотность теплового потока излучением. Рассчитать плотность теплового потока излучением, если экран будет сделан из хрома.

Решение. Степень черноты листовой стали, окисленного никеля и хрома можно принять по справочным данным (прил. 1). Принимаем для листовой стали степень черноты равной 0,55, для окисленного никеля – 0,39, для хрома – 0,17.

Рассчитываем плотность радиационного теплового потока при наличии экранов по формуле:

где приведенную степень черноты для двух параллельных пластин с расположенным между ними одним экраном рассчитываем по формулам:


Если использовать в качестве экрана окисленный никель, то

если использовать в качестве экрана хром, то

Плотности теплового потока излучением равны:

– при использовании никелевого экрана

– при использовании экрана из хрома

Задача № 3. Во сколько раз уменьшится плотность потока теплового излучения, если между двумя параллельными пластинами со степенью черноты 0,83 установлен один экран со степенью черноты 0,2?

Решение. При отсутствии экранов плотность радиационного теплового потока между двумя параллельными пластинами рассчитывают по формуле:


где приведенную степень черноты _пр для двух параллельных пластин рассчитывают по формуле:


При наличии n экранов плотность радиационного теплового потока находят по формуле:

при одинаковой степени черноты всех экранов используют в расчетах формулу:


Найдем отношение плотности радиационного теплового потока излучением между двумя параллельными пластинами без экранов к плотности радиационного теплового потока излучением между двумя параллельными пластинами при наличии экранов:

Следовательно, потери уменьшатся в 7,38 раз.