Теплообмен излучением в газовой среде

 

В отличие от твердых тел, имеющих сплошные спектры излучения, газы излучают энергию лишь в определенных интервалах длин волн. Вне этих интервалов газы прозрачны и не излучают энергию.

Одноатомные и двухатомные газы почти полностью пропускают тепловое излучение, являются диатермичными, поэтому излучение в них обычно не учитывают. Трехатомные и многоатомные газы обладают значительной способностью поглощать и излучать энергию теплового излучения. Для СО2 и Н2О основные полосы поглощения лежат в таких интервалах длин волн (мкм):

 

СО2 2 – 3 4 – 4,9 12,5 – 16,5

Н2О 2,2 – 3 4,8 – 8,5 12 – 30.

В видимой области спектра СО2 и пары Н2О не излучают и не поглощают. С ростом температуры, когда максимум излучения смещается в область короткихволн, степень черноты этих газов уменьшается.

Другой особенностью теплообмена излучением в газах является то, что в твердых телах излучение и поглощение энергии происходит в тонком поверхностном слое, а газы излучают и поглощают энергию во всем объеме. Поэтому количество поглощаемой газом энергии зависит от числа находящихся в данном объеме его микрочастиц. А это число пропорционально толщине газового слоя, которая характеризуется длиной пути луча l и парциальному давлению газа.

Таким образом, .

По опытным данным плотность интегрального излучения для СО2 и Н2О строго говоря не подчиняется закону Стефана-Больцмана. Однако для практических расчетов используется именно этот закон, а отклонения учитываются степенью черноты:

(2.4.14)

Для СО2 и Н2О значения приводятся в виде номограмм, удобных для расчета [7].

Степень черноты смеси СО2 и Н2О определяется по формуле:

(2.4.15)

где поправочный множитель, зависящий от парциального давления паров Н2О (находится по номограммам).

В реальных условиях газ бывает окружен оболочкой (стенки топки, поверхность теплообменных труб). Расчет теплообмена между газами и оболочкой можно производить по формуле:

, (2.4.16)

эффективная степень черноты оболочки, при .

степень черноты газов при их средней температуре (Тг),

поглощательная способность газов при температуре стенки (Тс).