Радиационный теплообмен между газом и стенкой

Между высокотемпературным потоком продуктов сгорания и стенками камеры сгорания происходит процесс теплообмена не только соприкосновением (конвективный теплообмен, теплоотдача), но и излучением (радиационный теплообмен).

Обычно, при сгорании топлив только два компонента СО₂ и H₂О имеют практически существенное излучение. При определении радиационных характеристик принимаются во внимание только эти два компонента.

1)Вычисляются парциальные давления излучающих компонентов, и оценивается эффективная длина луча.

 и  – парциальные давления компонентов, которые выражаются через давление смеси и объемные доли этих компонентов:

Величина L - это эффективная длина луча, вводимая для оценки формы и размеров излучающего газового объема

, где V – объем газа; F – площадь окружающих газ стенок.

Степени черноты  и  вычисляются по номограммам (см. рис. П1 и П2 в [1]) при ,  и температуре T_f1=2080 К.

.

Суммарная степень черноты смеси газов СО₂ и H₂О определяется из выражения

,                                                            (10)

где ,  – степени черноты отдельных компонентов, определенные выше;  – поправка, учитывающая взаимное поглощение между излучающими компонентами, которую можно оценить так

Коэффициент β – поправка на парциальное давление водяного пара (рис. П3 в ). На рис. П3 p_T=10⁵ Па– техническая атмосфера.

Находим величину по оси абсцисс:  

Таким образом, .

3)Определяется поглощательная способность газа (при Т=Т_w)

,  – приведенные степени черноты, определяемые по номограммам (см. рис. П1 и П2 в [1]) при ,  и температуре T_w=1253 К.  

; .

Для определения поглощательной способности СО₂ и H₂О можно воспользоваться формулами

Суммарная поглощательная способность смеси газов

,                                                             (14)

 – поправка, учитывающая взаимное поглощение между излучающими компонентами

.

4)Вычисляется эффективная степень черноты стенки.

 Эффективную степень черноты стенки можно определить по формуле

,                                                                                

где  – степень черноты стенки, которая принимается с учетом указаний к заданию к курсовой работе.

5)Определяется плотность радиационного теплового потока.

Плотность радиационного теплового потока от излучающего газа на поверхность оболочки (ограничивающей этот газ стенки) определяется как разность двух тепловых потоков – от газа к стенке и от стенки к газу – по следующему выражению:

                (9)

где с₀ = 5,67 Вт/(м²∙К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; T_f1 и T_w – температура газа и температура стенки, К.

Тепловой поток от газа к стенке складывается из конвективной и радиационной составляющих

_.