Особенности излучения газов

Одноатомные и двухатомные газы не обладают за­метной излучательной способностью и являются практически прозрачными (диатермичными) для излучения. Трехатомные газы (Н₂О, СО₂ и др.) обладают значи­тельной излучательной и поглощательной способностью, которая носит резко выраженный селективный (избирательный) харак­тер. В отличие от твердых и жидких тел излучение га­зов носит объемный характер.

Количество поглощаемой газом энергии зависит от толщины газового слоя и концентрации поглощающих (или излучающих) молекул. Концентрацию молекул удобно оценить парциальным давлением газа р. Так как толщина газового слоя и парциальное давление газа в одинаковой мере влияют на число молекул, то степень черноты газа и его поглощательную способность можно выбирать в зависимости от параметра pl, где l — сред­няя длина луча в пределах газового слоя, которая может быть определена из формулы l = 3,6 V/F (здесь V — га­зовый объем; F — площадь поверхности оболочки).

Наиболее хорошо изучен теплообмен излучением для Н₂О и СО₂, которые содержатся в продуктах сгорания органических топлив. Плотность их собственного ин­тегрального излучения по экспериментальным данным определяется из выражений:

(8.42)

(8.43)

Из уравнений (8.42) и (8.43) видно, что парциаль­ное давление р и толщина слоя l оказывают большее влияние на излучение Н₂О, чем на излучение СО₂. Поэтому при малых толщинах слоя преобладает излучение СО₂, а при больших — излучение Н₂О.

Рис. 8.10. Зависимость степени черноты СО₂ от температуры и эффективной длинны луча

В различном теплотехническом оборудовании (котельные установки, промышленные печи и др.) поток дымовых газов окружен оболочкой (стенками газоходов, поверхностями нагрева). Для расчёта лучистого теплообмена между газом и стенками в этом случае применяют следующую формулу

(8.44)

где – эффективная степень черноты стенки канала, учитывающая излучение газов; ε_г – степень черноты газовой смеси, содержащей СО₂ и Н₂О, определяется по формуле

ε_г = ε_СО2 + β · ε_Н2О; (8.45)

β – поправочный коэффициент; А_г – поглощательная способность газов при температуре стенки, определяется по формуле

(8.46)

Т_г – температура газов, °К; Т_ст – температура тепловоспринимающей стенки, °К; ε_СО2, ε_Н2О, и ε’_СО2, ε’_Н2О – степень черноты углекислого газа и водяного пара при температуре газов Т_г и стенки Т_ст соответственно.

Величины ε_СО2 и ε’_СО2 определяют по графику (рис. 8.10). Аналогичный график применяют и для определения ε_Н2О и ε’_Н2О.