5-6. Критериальный расчет внешнего теплообмена в рабочих камерах высокотемпературных печей 2

Рис. 5-8. График лучистого теплообмена между потоком излучающего газа и стенками камеры (канала).

Рис. 5-8. График лучистого теплообмена между потоком излучающего газа и стенками камеры (канала).

Рис. 5-9. Схемы камеры сгорания.

Рис. 5-9. Схемы камеры сгорания.

На самом деле температура газа в объеме различна: наиболее низка она у слоев газа, движущихся в непосредственной близости от нагреваемых в печи предметов, а чем дальше слои газа отстоят от поверхности этих предметов, тем выше их температура. На температурное поле оказывает большое влияние конвективный теплообмен. Большую роль играет перемешивание струй газа. Весь теплообмен такого типа может быть назван радиационно-конвективным. Ясно, что большую роль при этом теплообмене играет скорость газа и направленность его движения.

Представим себе, что в цилиндрическом канале движется излучающий газ с одинаковой по всему сечению скоростью w, температура газа в начальном сечении T1, ˚К, в конечном сечении T2, ˚К, температура же стенки одинакова Tст (рис. 5-8). С. Н. Шорин [Л. 18] показал, что в этом случае температура среды описывается критериальным уравнением вида:

Здесь wd/ν - критерий Рейнольдса; ν/a - критерий Прандтля; σ0T13/ - критерий радиационно-кондуктивного теплообмена, где σ0 - коэффициент излучения в формуле E = σ0Т4; kd - критерий Бугера, характеризующий оптическую плотность излучающего газа; Aст - поглощательная способность стенки; в условиях термодинамического равновесия поглощательная способность равна степени черноты собственного излучения (Aст = εст); L/d - протяженность канала в калибрах d; λ - коэффициент теплопроводности газов.

Если сравнить это уравнение с безразмерным уравнением конвективного теплообмена, то можно установить, что в него вошли дополнительные критерии: kd - критерий Бугера; σ0T13/ - критерий радиационно-кондуктивного теплообмена и Aст - поглощательная способность стенки.

Опыты показывают, что критерий σ0T13/ заметно не сказывается на теплообмене и его можно опустить - это упрощает уравнение (5-33).

Можно также рассмотреть наиболее сложный случай - теплообмен в камере сгорания газа, когда в камеру сгорания поступает смесь топлива и окислителя, сгорающая с образованием раскаленных продуктов горения и выделением химической энергии (рис. 5-9). С. Н. Шорин приводит в [Л. 18] уравнения, полученные из опыта с небольшой камерой сгорания, которые можно использовать для приближенных расчетов радиационно-конвективного теплообмена при заданной температуре охлаждающей среды (стенок камеры).