Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Факультет ________________Энергомашиностроение___________________ Кафедра ______________________Теплофизика________________________ Домашнее задание № 3 Студент __Авдеев В.В._____ Группа _____Э8-61_______ Вариант_____1___________ Название дисциплины _____________Теория тепломассообмена_____________ Название домашней работы _______Лучистый теплообмен Преподаватель____Янюшкин Ю.М.______ Фамилия И.О. Москва 2023 __________ ___________ подпись Условия задания Шахматный пучок труб теплообменного аппарата находится в среде высокотемпературной газовой смеси (рисунок 1). Известны геометрические характеристики пучка: внешний диаметр труб d и относительные значения шагов по фронту S1/d и глубине S2/d расположения труб (рисунок 1). Длину труб считать неограниченной. Зная состав смеси в массовых долях , , её температуру Тг, и давление р = 0,0881 МПа, а также среднюю температуру поверхности труб Тст, и степень её черноты εст = 0,82, определить: 1) лучистый тепловой поток и коэффициент теплоотдачи излучением от газа к поверхности труб; 2) влияние геометрической характеристики S1/d на коэффициент теплоотдачи излучением, если её значение меняется в диапазоне 2,6 ≤ 1/ ≤ 2,95. Рисунок 1 – Расчётная схема 1 Дано: Геометрические характеристики шахматного пучка: 3 м Внешний диаметр труб d 60 10 Значения шагов (поперечный и продольный): s 1 2.85 d 0.171 м s 2 1.9 d 0.114 м Степень черноты труб ε ст 0.82 Смесь компонентов с параметрами: gCO2 0.065 gH2O 0.135 Температура: tг 1200оС - температура смеси tст 1000 оС- средняя температура поверхности труб Избыточное и общее давление: pизб 0.0881 МПа p0 0.102 МПа Решение: 1) лучистый тепловой поток и коэффициент теплоотдачи излучением от газа к поверхности труб; 1. Определим эффективную толщину газового слоя: s1 s2 0.785 0.3 d2 l 1.08 d м 2. Рассчитаем параметры смеси: pг pизб 0.088 МПа 2.1. Молярная масса смеси: 3 μCO2 ( 12 16 2) 10 0.044 кг моль 3 μH2O ( 1 2 16) 10 2.2. Парциальные давления газов: gCO2 μCO2 pCO2 pг gCO2 μCO2 gH2O 6 4 10 1.45 10 Па μH2O 2 0.018 кг моль gH2O μH2O pH2O pг gCO2 μCO2 6 gH2O 4 10 7.36 10 Па μH2O 3. Произведение парциальных давлений газов на длину луча при полном давлении газов, равном 4 pH2O l 2.208 10 м Па 3 pCO2 l 4.35 10 м Па 4. Степени черноты, поглощательные способности и поправочный коэффициент для каждого из излучающих газов находим из графиков: ε H2O 0.352 AH2O 0.392 ε CO2 0.151 ACO2 0.162 Поправочный коэффициент β учитывает неодинаковую степень влияния давления и длины луча на количество энергии, излучаемой парами воды. 4 pH2O l 2.208 10 м Па 4 pH2O 7.36 10 Па β 1.292 6. Степень черноты смеси и поглощательная способность ε см ε CO2 β ε H2O 0.606 Aсм ACO2 β AH2O 0.668 7. Лучистый тепловой поток: 8 Tг 273 tг 1473 K σ0 5.67 10 Вт 2 м K 4 - постоянная Стефана-Больцмана Tст 273 tст 1273 K qл ε ст 1 2 σ0 ε см Tг Aсм Tст 4 4 5.657 10 3 4 Вт м 2 ε ст 0.82 8. Условный коэффициент теплоотдачи излучением: Вт qл αл 282.855 2 м К Tг Tст 2) влияние геометрических характеристик на коэффициент теплоотдачи излучением, если их значения изменяются в диапазоне 2.6 s1 d 2.95 s 2 0.114 2.6 d 0.156 2.75 d 0.165 s 1 2.8 d 0.168 2.95 d 0.177 0.269 s 1 s2 0.288 l 1.08 d 0.785 d2 0.294 0.312 3 3.903 10 3 4.171 10 pCO2 l 3 4.26 10 4.528 103 1.982 2.118 pH2O l 2.163 2.299 10 10 10 10 4 4 4 4 0.142 0.146 ε CO2 0.149 0.152 0.338 0.347 о ε H2O 0.349 при tг = 1200 С 0.36 0.156 0.159 ACO2 0.161 0.167 0.379 0.386 AH2O 0.389 0.41 при tст = 1000 оС β 1.292 0.579 0.594 ε см ε CO2 β ε H2O 0.6 0.617 q ε ст 1 2 σ0 ε см Tг Aсм Tст 4 0.646 0.658 Aсм ACO2 β AH2O 0.664 0.697 4 4 5.308 104 4 5.524 10 q 4 5.58 10 5.55 104 265.4 276.221 q α Tг Tст 279.022 277.479 График изменения коэффициента теплоотдачи 280 275 α 270 265 2.6 2.7 2.8 s1 d 5 2.9 3
