Эффективная температура печи

Понятие эффективной температуры печи Т_эф применяется в расчетах. Если принять, что поверхность нагрева обладает свойствами абсо­лютно черного тела, то из уравнения (82) следует

(96)

В то же время в соответствии со следствием из закона Стефана-Больцмана для системы, представленной на рис. 21, б можно написать

(97)

здесь - приведенная степень черноты.

Приравнивая правые части уравнений (96) и (97) и проводя преоб­разования, получим

(98)

Эффективная температура печи представляет собой приведенную температуру пламени, обеспечивающую такую же плотность теплового потока излучения на поверхность нагрева, какая имеется в рассматриваемой печи.

Приравнивая уравнения (97) и (84), получим другое выражение для эффективной температуры печи

(99)

Как следует из уравнения (99), при прочих равных условиях эффек­тивная температура печи тем выше, чем выше температура поверхности нагрева. Вводя понятие эффективной температуры, мы сводим сложную картину теплообмена в печи к относительно простой схеме теплообмена между пламенем (нагревателем) и поверхностью нагрева, сохраняя усредненные характеристики только двух элементов системы — теплопередающего и тепловоспринимающего.

Хотя уравнение (99) выведено применительно к условиям тепло­обмена в пламенной печи, понятие эффективной температуры может быть распространено и на любую другую систему, а сама температура может быть отнесена к любой излучающей части этой системы. Нап­ример, в дуговой печи она может быть отнесена к поверхности дуги, в электрической печи сопротивления — к поверхности резистора и т.д.

Развитая выше теория радиационного режима теплообмена осно­вывалась на некоторых упрощающих предположениях, из которых главнейшими являются постоянство коэффициента излучения пламени и стационарность режима теплообмена. Однако любой нестационарный режим можно представить приближенно как совокупность следующих друг за другом стационарных состояний.

Замена реальных радиационных характеристик различных тел, участ­вующих в теплообмене, характеристиками, не зависящими от длины волны, т.е. осуществление так называемой, "серой" аппроксимации, представляет собой еще одно распространенное упрощение при рассмот­рении вопросов лучистого теплообмена. Учет спектрального характера излучения пламени, поверхности нагрева и кладки может внести извест­ные коррективы в расчетные количественные характеристики, но в це­лом не может изменить тех фундаментальных положений, которые были выведены выше на основе применения "серой" аппроксимации.

Экспериментальные данные показывают, что в наи­более важном диапазоне длин волн теплового излуче­ния от 1 до 8 мкм степень черноты пламени и различ­ных материалов обычно колеблется в зависимости от тем­пературы в пределах 0,3—0,9. Поскольку отдельные эле­менты любой излучающей системы имеют неодинаковые спектральные характеристики излучения, постольку в порядке переизлучения неизбежен процесс усреднения спектральных свойств падающего на поверхность нагре­ва излучения.

Предельно возможная величина падающего излуче­ния достигается при ε_п=1, поэтому реальную величину падающего излучения можно схематически представить как функцию:

(80)

где —черное' излучение пламени при температуре

ε_пад — степень черноты падающего излучения.

На основании высказанных соображений можно предположить, что величина ε_пад не зависит от длины волны, т. е. что падающее излучение является «серым».

В целом учет спектрального характера излучения пла­мени, поверхности нагрева и кладки может внести из­вестные коррективы в расчетные количественные харак­теристики, но не может изменить тех фундаменталь­ных положений, которые были выведены выше на ос­нове применения «серой» аппроксимации.