Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
61
К„ м' Еш 10“ Вт/м1
200
60
40
20
10
8
6
4
1
0,1 0,2 0,40,61,0 2 4 6 810 20 X, мкм
Рис. 4.21. Спектры излучения смеси С02 и Н20 (/) в продуктах сгорания природного газа (селективно-серая аппроксимация), степень черноты кладки (2) и плотность полусферического излучения
абсолютно черного тела Ет (3 и 4). Температуры Т, К: I — 1500; 3 — 1800; 4 — 1200 К; К} — коэффициент поглощения в полосах
Лисиенко совместно с Ю. А. Журавлевым (для С02 и Н20) и С. Д. Скуратовой (для S02). При этом были использованы данные С. Пеннера и Ч. Тьена. С помощью модели спектра излучения S02 были получены значения интегральной степени черноты этого газа, позволившие несколько экстраполировать данные А. Н. Голицына в области сравнительно высоких температур.
Приведем характеристику спектра излучения этих газов (модели с постоянной шириной полосы): расположение полосы z, мкм, и интегральные показатели поглощения этих полос az, см 2-ат '.
Характеристика спектра излучении С02 (Т = 300 К):
Полоса, мкм................ 2,50-3,00 4,00^1,80 ' 12,50-25,00
az, 1/(см2-ат)................72,5 2706,2 179,3
Характеристика спектра излучения Н20 (Г = 330 К):
Полоса, мкм....... 1,50-1,75* 2,50-3,00 4,80-8,00 12,50-25,00
а2, 1/(см2-ат)...... 18,72 126,0 175,0 58,4
Характеристика спектра излучения S02 (Г = 300 К):
Полоса, мкм.......3,91^1,09 4,13-4,56 6,96-7,77 '8,27-9,14 19,3
az, 1/(см2-ат).... 9,0 11,0 780,0 95,6 Нет св.
Была также разработана модель спектра излучения С02 и Н20 с переменной шириной полосы (табл. 4.6).
62
Таблица 4.6
Характеристика полос спектра излучения СОг и НгО (ширина полос приведена для температуры Т = 300 К)
Средняя линия Половина ширины Интервал длины волны, мкм Температурная зависимость*
полосы, мкм полосы Acoz, см4 А., А.2 Лю г = Д7)
Н20:
1,5 350 1,455 1,582 Лю7 = const
2,7 262 2,524 2,908 Дю7 = Аюо • S [1 +(77Го)]1/2
6,3 262 5,399 7,387 То же
10 202 8,319 12,53 Л(»2 = Лю» (Т/То)'12
СОг:
2,7 132 2,599 2,790 Аюг = Ami +а(0,0017)|/2; Acoi =41,о = 407
4,3 134 4,025 4,513 То же, Acoi = 49, а = 396
15,0 157 12,17 19,65 АЮг = Аюо (Т/То)'12
* Величина Аюо соответствует температуре То = 273 К.
В расчетах, следуя С. Пеннеру, для интегрального показателя поглощения полос а., как правило, принимали температурную зависимость
а (Г) = а(Т0)(Т0/Т), (4.66)
С помощью обычно применяемой селективно-серой модели трудно добиться достаточно точного расчета интегральных степеней черноты в широком диапазоне изменений температуры и оптических плотностей газов. В модели не учитывается влияние крыльев полос, а главное, не раскрывается наличие промежутков между линиями в полосе.
С целью устранения этих недостатков для дальнейшего использования разработанных моделей спектров в зональных расчетах В. Г. Лисиенко совместно с Ю. А. Журавлевым был предложен метод коррекции по интегральным характеристикам (метод Лисиенко - Журавлева — ЛЖ-метод). Вначале с использованием интегрального показателя поглощения полосы z az, и ширины полосы Acoz находится расчетная спектральная (усредненная в пределах каждой полосы) е. z и интегральная врас степени черноты газов:
=1-ехр -^-Р5эф\ (4.67)
* Полоса объединяет две сравнительно "слабые” полосы поглощения Н20 с нулевыми линиями 1,87 и 1,38 мкм.
63
(4.68)
где Р — парциальное давление, МН/м2; S, — эффективная длина луча, м; Е(п
, т-> // 2 \ _ „4,4, „„.„.а
— функция распределения Планка, Вт/(м -мкм); ст0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2-К4); л — длина волны, мкм.
Далее спектральная степень черноты газа корректируется по фактическим (экспериментальным) значениям интегральной степени черноты газа (определяемой по номограммам или по экстраполяционным формулам) 8экс и рассчитывается фактическая спектральная степень черноты:
а также спектральный коэффициент поглощения (естественно, средний в пре-
По предложенной методике спектроскопические данные и модели полос используются лишь для распределения энергии излучения газа по полосам спектра. Корректировка спектральных степеней черноты по экспериментальным значениям интегральной степени черноты обеспечивает введение своеобразной поправки на вращательную структуру линий в полосе, так как величина расчетного среднего спектрального коэффициента поглощения К^ = (а /Лю )Р не отражает наличие промежутков между линиями в полосе и может быть применена лишь при высоких давлениях, когда отдельные линии спектра уже сливаются.
Проведены разнообразные тесты разработанной методики учета селективных свойств газов. Сопоставление расчетов с экспериментальными данными для излучающего слоя С02 и Н20 свидетельствует о довольно хорошей сходимости результатов как по степеням черноты, так и по поглощательным способностям, а также по ошибкам на перекрытие полос.
Кроме того, величина получаемого по ЛЖ-методике УГТУ-УПИ скорректированного коэффициента автором и В. В. Волковым была сравнена со значением среднего коэффициента поглощения, получающегося из квантовомеханического расчета огибающей полосы в совокупности со статистической моделью полосы. Для анализа была выбрана наиболее сильная полоса в спектре С02, расположенная в районе 4,3 мкм. Предварительно параметры этой полосы были детально проанализированы С. П. Детковым и В. В. Волковым.
