Расчет лучиотых тепловых потоков - Березаяская Б.Л.
Скачать (прямая ссылка):
4
яия, т.е. максимального лучистого потока во второй половине камеры сгорания и начале входной части сопла. Поскольку лучистые потоки на начальном участке камеры (возле головки) и в сопле незначительно влияет на общий тепловой баланс, то они обычно определяются приближенно, исходя из принимаемого за основу значения в конце камеры сгорания.
Примем, что веоь объем камеры сгорания заполнен продуктами сгорания с однородным составом и температурой Тм , тогда лучистый тепловой поток от газа к стенке можно рассчитать по формуле
ЪжСсг.**гсо<тл/<*»*9 (D
где C0 - коэффициент лучеиспускания абоолютно черного тела: са = = 5,67 BtAm2JC4).
Следовательно, максимальный лучистый поток - излучение абсолютно черного тела: ^ fnajr= 5»67 (?/100)4. Отсюда
тг, к 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
йг/іГ D.0567 0,29 0,9 2,2 4.6 8,5 14,5
Значение эффективной степени черноты отенки находится между значением степени черноты материала » учитывающей поглощение излучения при однократном падении луча, и единицей, соответствующей полному поглощению излучения при многократных отражениях луча в условиях замкнутого объема, заполненного прозрачной средой. Приближенно можно принять
Для стенок камері сгорания, несколько загрязненных оажей, можно принимать ? * 0,8. Более точно сст зависит от материала стенки и оостояния ее поверхности.
Степень черноты продуктов полного сгорания HgO и COg определяется по формуле
Cr V (3)
Из«-за селективного характера спектра излучения и поглощения газов (HgO и COg) происходит частичное взаимное перекрытие некото-
5
рых участков спектра излучения и поглощения этих газов, т.е. каждый газ не оовоем прозрачен для излучения другого и излучение одного чаотично поглощается другим. В результате на стенку попадает меньший лучистый тепловой поток, чем сумма лучистых потоков от каждого газа в отдельности. Это и учитывается произведением ?^ ?СОй.
Отметим, что значительная часть излучения CO2 поглощается водяным паром, а так как в продуктах сгорания содержание HgO несколько больше, чем CO21 то, как показывают расчеты, излучение CO2 в общем лучистом тепловом потоке невелико и составляет примерно 10%.
Излучательная и поглощательная способности газов определяются температурой, парциальным давлением или плотностью и линейным размером излучаемого газового слоя, зависящим от геометрических размеров камеры, в которую заключен излучающий газ.
ІЗ теплотехнике разнообразные геометрические формы газовых объемов обычно приводят к некоторой эквивалентной газовой полусфере, в которой лучистый тепловой поток в центре плоского основания равен действительному лучистому тепловому потоку в данной точке рассматриваемого действительного объема. Радиус такой эквивалентной полуоферы определяет некоторую среднюю длину пути луча или некоторую условную толщину газового слоя, являющуюся характерным линейным размером, для расчета излучающей и поглощающей способности рассматриваемого газового объема. Для оферичеокого объема с диаметром a в теплотехнике рекомендуется принимать эквивалентную длину t3 = 0,6^; для цилиндра бесконечной длины, т.е. », с диаметром d - C3 = 0,9 ^..Промежуточные значения приведены ниже:
I4/л 1.0 1.5 2,5 4,0
I3Zd 0,6 0,75 0,85 0,9
Приближенно C3 = 3,6 V/F , где У - объем газа;/* - площадь ограничивающей стенки, которая воспринимает излучение.
Определение степени черноты ?CO6^ ?V2O в условиях камеры сгорания ШД рекомендуется производить по данным Л.Ф. Фролова.
6
Значения степени черноты CO2 в зави- Lg є симости от температуры излучающего газа T 1 и произведения f>cogt можно принимать по графику (рис. I), где рС??2 - парциальное давление CO2 в продуктах сгорания; Поскольку коэффициент излучения углекислого газа слабо завиоит от плотности, этих данных вполне достаточно для расчета.
Степень черноор H2O завиоит от его плотности и, по Л.Ф. Фролову [3], вычисляется по соотношению
(4)
2000
Рис. I
где C0 Яд0 - "нулевая" степень черноты водяного пара, соответствующая его плотности или парциальному давлению, стремящемуся к нулю; J*/~ коэффициент, учитывающий рост излучательной способности водяного пара из-за расширения полос излучения при увеличении плотности или давления.
На рис 2 приведена зависимость <г от T и произведения ZtI9O I • тае /нго " плотяооть H2O. *
На рис. 3 дана зависимооть коэффициента JZ/от плотности fuso и произведения j>/. Заметим, что коэффициент ?/ftfj, растет с увеличением плотности парциального давления водяных паров лишь до значения /^9O* I кг/м . Дальнейшее увеличение плотности практически не сказывается на увеличении излучательной способности водяного пара из-за расширения полос опектра излучения.
На графиках (рио. 1-3) эффективная длина / приведена в метрах; температура Г - в Кельвинах; давление / - в мегапаскалях; плотность/> - в килограммах на кубический метр (кг/м3).
Плотность водяного пара рассчитывается по уравнению
(5)
A9O = Р«9о/<к1M9O rw>
при
*м = 83Г7/І8 = 462 Дж/(кг-К).
В приложениях і, П для 15 топливных композиций приведены графики зависимости парциальных давлений газов и температуры продук-
