Решение. Из трех газов излучающим (и поглощающим) является только углекислый газ (СО2).

Из трех газов излучающим (и поглощающим) является только углекислый газ (СО₂).

Степень черноты углекислого газа, = f(t_г, р_СО2 · ), определим из номограммы, приведенной в [5], с.211. Длину пути луча для трубы найдем по формуле

Произведение ∙ = 0, 9∙ 1, 02∙ 18=1, 65см∙ (кг/см²).

Из номограммы находим =0, 062.

Плотность потока собственного излучения углекислого газа вычисляется по формуле

5. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА СО СЛОЖНЫМ ТЕПЛООБМЕНОМ
НА ПОВЕРХНОСТЯХ СТЕНКИ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

5.1. Теплопередача через плоскую стенку
со сложным теплообменом

Сложный теплообмен – это одновременная передача теплоты двумя или тремя способами (конвекцией, теплопроводностью, излучением).

Пусть теплота передается от горячей воды с температурой через плоскую стенку толщиной d к окружающему спокойному воздуху с температурой (рис. 5.1).

Дано: d; ; ; коэффициент теплопроводности стенки l; коэффициенты конвективной теплоотдачи a₁, a₂; степень черноты поверхности стенки e_с.

Определить: плотность передаваемого теплового потока (q, Вт/м²) и температуры на поверхностях стенки t₁ и t₂.

От воды к поверхности теплота передается путем конвективного теплообмена (), через стенку – теплопроводностью (), от стенки к воздуху – конвекцией () и излучением ().

Таким образом,

,   ,	(5.1)   (5.2)
,	(5.3)
,	(5.4)
.	(5.5)

При расчетах теплопередачи со сложным теплообменом на поверхностях суммарную теплоотдачу заменяют эквивалентным тепловым потоком, например конвективным:

.

(5.6)

При подстановке (5.4) в (5.6) получим формулу для расчета эквивалентного коэффициента теплоотдачи

.

(5.7)

Слагаемое учитывает передачу теплоты излучением и называется лучистым коэффициентом теплоотдачи.

В наиболее общем виде формулу для расчета эквивалентного коэффициента теплоотдачи можно записать так:

,

(5.8)

где - абсолютная величина разности температур поверхности и среды.

Таким образом, систему 4 ^х уравнений (5.2)-(5.5)заменяем системой
3 ^х уравнений:

,	(5.9)
,	(5.10)
,	(5.11)

совместное решение которых дает расчетную формулу для плотности теплового потока

.

(5.12)

Формула (5.12) включает эквивалентный коэффициент теплоотдачи (a_экв), который требует знания температуры поверхности со сложным теплообменом (t ₂). Так как эта температура неизвестна, то ее задают; по (5.7) с учетом (5.5) рассчитывают a_экв, затем по (5.12) рассчитывают q. Правильность задания температуры t₂ проверяют уравнением (5.11). Если температура поверхности t₂, рассчитанная по (5.11), совпадает с заданной – расчет закончен. В противном случае расчет повторяют с температурой t₂, вычисленной по (5.11), до тех пор, пока проверка не подтвердит заданную температуру. Такой метод расчета называется методом последовательных приближений и его не избежать при расчетах теплопередачи со сложным теплообменом на поверхностях.

После того, как найдены q и t₂, рассчитывают температуру t₁ по уравнениям (5.9) или (5.10).

5.2. Теплопередача через цилиндрическую стенку
со сложным теплообменом

Рассмотрим передачу теплоты через стенку трубы водяного экономайзера парового котла от дымовых газов со средней температурой , омывающих наружную поверхность трубы, к нагреваемой воде со средней температурой , движущейся по трубе (рис. 5.2).

Дано: геометрические размеры трубы (d₁, d₂, ), коэффициент теплопроводности материала трубы (λ), температура дымовых газов ( ) и воды ( ), конвективные коэффициенты теплоотдачи (α ₁, α ₂), степень черноты наружной поверхности трубы (e_с).

Определить: передаваемый через стенку трубы тепловой поток (Q, Вт ) и температуры на поверхностях трубы (t₁ и t₂).

Теплота от дымовых газов, содержащих в своем составе излучающие газы (СО₂ и Н₂О), к наружной поверхности трубы передается конвекцией ( ) и излучением (Q_л), через стенку трубы – теплопроводностью (Q _т ), от внутренней поверхности трубы к воде – путем конвективного теплообмена ( ).

Таким образом, передаваемый тепловой поток

,	(5.13)
,	(5.14)
,	(5.15)
,	(5.16)

,

(5.17)

где F_н = π d₂ , F_в = π d₁ - площади наружной и внутренней поверхностей трубы; ε _г, А_г – степень черноты и коэффициент поглощения газов (см. формулу 4.40).

Заменяя суммарную теплоотдачу от дымовых газов к поверхности трубы эквивалентным конвективным тепловым потоком

,

(5.18)

получим формулу для расчета эквивалентного коэффициента теплоотдачи

,

(5.19)

где , Вт/м² – плотность потока излучения.

Таким образом, приходим к системе трех уравнений:

,	(5.20)
,	(5.21)
,	(5.22)

совместное решение которых дает расчетную формулу для теплового потока

.

(5.23)

А далее расчет производят по той же схеме: задают температуру на поверхности со сложным теплообменом t₁, рассчитывают α _экв, тепловой поток по формуле (5.23), сравнивают заданную температуру t₁ с найденной температурой t₁ из уравнения (5.20). Повторяют расчет до их совпадения. Затем рассчитывают температуру t₂ по уравнениям (5.21) или (5.22).