Моделирование радиационного теплообмена с учетом неравновесности и селективности излучения в топках энергетических котлов тепловых электрических станций І. Математическая модель

Москаленко Николай Иванович; Загидуллин Рустем Абдулхакович; Зарипов Алмаз Вилевич; Локтев Николай Федорович

УДК 629.125:551.521

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО ТЕПЛООБМЕНА С УЧЕТОМ НЕРАВНОВЕСНОСТИ И СЕЛЕКТИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ В ТОПКАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ I. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

Н.И. МОСКАЛЕНКО, Р.А. ЗАГИДУЛЛИН, А.В. ЗАРИПОВ, Н.Ф. ЛОКТЕВ Казанский государственный энергетический университет

Рассматривается моделирование радиационного теплообмена в топках энергетических котлов с применением спектральных моделей переноса теплового излучения продуктов сгорания и учетом неравновесности и острой селекции их спектров излучения. Анализируются радиационные характеристики газовых компонентов продуктов сгорания и дисперсной фазы, представляющей собой сажевый аэрозоль. Замкнутая схема моделирования предусматривает предварительный расчет распределения температуры по объему топочной камеры и химического состава продуктов сгорания топлива. Острая селекция спектров излучения учитывается применением двухпараметрического метода эквивалентной массы при вычислении функции спектрального пропускания оптически активных газовых компонентов продуктов сгорания топлива. Моделирование полидисперсного состава сажевого аэрозоля выполняется с учетом различных механизмов его генерации.

Ключевые слова: радиационный теплообмен, перенос излучения, функция спектрального пропускания, продукты сгорания, дисперсная фаза.

Введение

Для сооружения и эксплуатации котельных агрегатов тепловых электрических станций с высокими технико-экономическими показателями необходимо, чтобы камера сгорания (топка) удовлетворяла комплексному решению, отвечающему условиям оптимального способа сжигания топлива, интенсификации процесса теплопередачи к тепловоспринимающим поверхностям топки, рациональному распределению тепла по трубам экранов. В новых разработках и при модернизации существующих котлов оправдано стремление к снижению габаритов топок и расходу метала на единицу выработанной продукции. Теплообмен излучением в пламенных печах и топках котельных установок играет решающую роль и определяет распределение потоков тепла по тепловоспринимающим поверхностям топки, температуры в пристеночных слоях и по поверхностям экранов. Зональный метод решения задач теплообмена при высоких температурах продуктов сгорания пламенных печей и факельном сжигании энергетических топлив не обладает достаточной достоверностью вследствие необходимости использования большого количества эмпирических данных, которые обычно отсутствуют при разработке новых котельных установок и мини ТЭС с применением энергосберегающих технологий в процессе их производства, монтажа и эксплуатации. Надежность прогнозируемых характеристик в результатах моделирования теплообмена в объеме камеры сгорания и на тепловоспринимающих поверхностях зависит также от конструкции топки и горелочных устройств, процесса массообмена в топке в результате турбулентной диффузии продуктов сгорания и © Н.И. Москаленко, Р.А. Загидуллин, А. В. Зарипов, Н. Ф. Локтев Проблемы энергетики, 2012, № 1-2

23

принятой модели горения топлива, струйных течений и циркуляции продуктов сгорания [1-4].

Принципиальные аспекты, проблемы радиационного теплообмена в пламенных топках

Расчет радиационного теплообмена в топках энергетических котлов в настоящее время является актуальной задачей современной теплофизики в связи с созданием малогабаритных котлов с высокой производительностью, высокой теплонапряженностью топочного пространства, а также повышенным КПД, что требует оптимальных конструкторских решений при разработке или модернизации энергетических установок. Рассмотрим принципиальные аспекты проблемы переноса излучения и радиационного теплообмена в высокотемпературных средах и пламенах, которые определяют особенности радиационного теплообмена в пламенных топках и распределение потока излучения по тепловоспринимающим поверхностям.

1. Неравновесное излучение пламени

Оно возникает в зонах химических реакций в процессе горения топлива и обусловлено образованием молекул и короткоживущих комплексов в возбужденном электронном состоянии. При переходе в равновесное состояние такие молекулы

генерируют излучение в течение короткого времени релаксации молекул: т» 10 4с. При сжигании топлив неравновесное излучение генерирует молекулы и другие осколки углеводородных соединений и атомы. Как показали результаты экспериментальных исследований [5-11], роль неравновесного излучения в радиационном теплообмене возрастает с увеличением адиабатической температуры Та

продуктов сгорания топлива. Радиационное выхолаживание факела, обусловленное неравновесным излучением, характеризуется параметром

Дt - время пребывания продуктов сгорания в излучающем объеме, которое определяется скоростью движения газового потока; ДТр - равновесное радиационное

выхолаживание. С увеличением адиабатной температуры Та величина е возрастает и в

диапазоне температур Та от 1800 до 3200 К варьирует для газообразного топлива от

2 до 13%, что составляет 8-30% полного излучения факела. В работе [5] рассмотрены алгоритмы для расчета интенсивностей и потоков излучения и радиационного теплообмена в топочной камере в двухфазных средах. Экспериментальные исследования спектральных коэффициентов неравновесности в УФ, видимом и инфракрасном диапазоне спектра являются очень актуальными, а процессы генерации неравновесного излучения при горении топлив практически не изучены. Поэтому учет неравновесности процессов излучения можно выполнить, основываясь на данных экспериментальных исследований [5-10]. На рис.1 показаны зависимости параметра ^

от адиабатической температуры Та при сжигании различных газов в кислороде и

воздухе. Учет неравновесного радиационного выхолаживания позволяет определить

8=^, Т

1 а

где ДТН = Та -ДТр,

(1)

(2)

(3)

24

температуру ядра (максимальную начальную температуру) зоны химических реакций процессов сгорания.

№

0,14

0,12

0,( 0,08

0,06 0,04 0,02

'йсс -л::; и;:-: 1=::«::■ к:.-:. (!■::■ -ля.) ¿'с, ■>;:?.. уш. и:;:) уш лш; ;р:л; Та, К

Рис.1 Зависимость параметра = ДТн /Та от адиабатической температуры Та

Основным компонентом, определяющим неравновесное излучение в пламенах, является гидроксил ОН .Квантово-механическое рассмотрение формирования спектра неравновесного излучения показывает, что неравновесность излучения наблюдается как в электронных, так и в колебательно-вращательных полосах молекул [5] как основного, так и возбужденного электронных состояний. Экспериментально для ОН неравновесность излучения наблюдается в полосах где VI - частота

нормального колебания, в окрестности длин волн 1; 1,43; 2,1; 2,7; 4,1 мкм [5-9]. Развитый в работах [7,9] метод определения колебательной температуры в спектрах излучения показал, что для ОН колебательная температура зависит от электронных, колебательных и вращательных квантовых чисел и изменяется по спектру излучения. Последнее свидетельствует о сложной природе неравновесных процессов излучения.

2. Перенос селективного излучения в неоднородных средах

Для однородной среды выполняется закон Кирхгофа. В неоднородной по структуре среде он нарушается и функция спектрального пропускания (ФСП) становится зависимой как от тонкой структуры спектра излучения, так и от тонкой структуры спектра поглощающей среды и отличается от ФСП для источников неселективного излучения. На перенос селективного излучения влияют следующие факторы: температурное самообращение спектральных линий излучения, смещение спектральных линий с давлением, температурное смещение спектральных линий, обнаруженных для легких молекул (паров Н2О,СН4,КНз,ОН). Квантовомеханические расчеты смещения спектральных линий с давлением показывают, что они составляют

тысячные доли см 1 и в условиях турбулизованной печной атмосферы проявляются в дополнительном уширении спектральных линий излучения и потому не могут оказать существенного влияния на ФСП. Температурное смещение спектральных линий в

пламени составляют сотые доли см-1 и при высоких температурах достигают полуширины спектральных линий и более. Это приводит к тому, что излучение

25

высокотемпратурного ядра факела в меньшей степени ослабляется, его периферийными слоями, что увеличивает тепловосприятие поверхностей нагрева за счет радиационного теплообмена.

Если ввести коэффициент селективности для компонента г, то полное пропускание среды для селективного излучения тгхс представляется в виде

тгХс = ППгХ'тгХн. (4)

г

Так как функции тгхн изучены, то исследование сводится к получению

величин пгХ как функции оптической толщины излучающей и поглощающей сред

методом численного моделирования. При моделировании радиационного теплообмена в камерах сгорания котельных установок селективность излучения газовых компонентов продуктов сгорания учитывается применением двухпараметрического метода эквивалентных масс при вычислении ФСП в структурно неоднородных средах

[5].

3. Механизмы генерации золя в процессе сгорания топлива

Источником дисперсной фазы продуктов сгорания является само топливо. В случае сжигания твердого и жидкого топлива в камерных топках само топливо представляет собой грубодисперсную фракцию дисперсной фазы, изменяющую свой химический и дисперсный состав в процессе горения. В случае использования в качестве топлива каменных углей в локальных объемах могут наблюдаться одновременно как твердые, так и жидкие частицы. Известно, что радиационные характеристики дисперсной фазы продуктов сгорания (коэффициенты поглощения, рассеяния и индикатрисы рассеяния) определяются не только микроструктурой, но и оптическими постоянными вещества, из которых состоят частицы (комплексным показателем преломления). Последние значительно изменяются с изменением фазового состояния вещества, что приводит к изменению спектральных радиационных характеристик частиц. Если пренебречь процессом коагуляции частиц, то микроструктуру сгоревших частиц можно вычислить по их плотности. Расчеты

показывают, что коэффициенты поглощения ст^ и рассеяния ст^х для крупных частиц топлива и продуктов сгорания не зависят от длинны волны X и для индивидуальной частицы ст^х = ст^х = пг^, где га - радиус частицы. Зная распределение частиц по размерам твердого топлива, можно вычислить оптическую плотность золя в потоке продуктов горения и сгорания.

Вторым механизмом генерации золя является механизм лопания жидких капель в результате их дегазации. В связи с этим в топке появляется дополнительная фракция частиц средней дисперсности с эквивалентным модальным радиусом гт = 0,3 - 1мкм.

Третьим механизмом генерации золя является ионная нуклеация. Как показывают результаты теоретических и экспериментальных исследований, частицы, образующиеся в результате пиролиза из газовой фазы в твердую, становятся устойчивыми, если их модальный радиус превышает 0,001 мкм. Наиболее вероятный модальный радиус первичного золя составляет 0,003 мкм. Первичный золь образуется уже при температурах Т и 1300К. Эксперименты показали, что этот золь быстро коагулирует с образованием рыхлых структур и частично захватывается грубодисперсной фракцией золя. Нестабильные частицы, постоянно образующиеся и распадающиеся при более высоких температурах, с нашей точки зрения играют важную роль в процессе стабилизации горения. Как показали результаты © Проблемы энергетики, 2012, № 1-2

26

экспериментальных исследований, массовая концентрация сажевого золя сильно зависит от компонента горения, режима горения и изменяется более чем на два порядка величины, в то время как оптическая плотность сажевого золя изменяется в приделах не более одного порядка величины, что связано с сильной зависимостью микроструктуры сажевого золя в продуктах сгорания от режима сгорания газового топлива и его ингредиентного состава. Последнее обусловлено, с нашей точки зрения, электрическими свойствами первичных нестабильных частиц сажевого золя, которые определяют процесс ионной нуклеации и гетерогенной коагуляции первичного золя [5]. В связи с этим рекомендуется нормировку оптических характеристик дисперсной фазы продуктов сгорания выполнять на оптическую плотность при x = 0,55мкм , сведения по которой при сжигании различных углеводородов получены авторами [5]. Спектральные зависимости радиационных характеристик для различных фракций сажевого золя (спектральные коэффициенты ослабления, поглощения и индикатрисы рассеяния) в области спектра 0,2-40 мкм приведены в работе [10].

Рассмотрение задачи радиационного теплообмена в двухфазных средах [5] приводит к выводу, что температура частиц сажи в пламенной зоне всегда ниже температуры газов, что обусловлено отличием падающего на частицу потока излучения от потока излучения абсолютно черной среды. Последнее обстоятельство приводит к ослаблению роли сажевого золя в радиационном выхолаживании ядра факела и требует разработки метода определения температуры частиц сажевого золя.

Математическая модель переноса неравновесного излучения в пламёнах и высокотемпературных двухфазных средах

Будем полагать, что структурные характеристики топочной камеры известны. Для учета неравновесных процессов излучения в факеле выразим функцию источника для неравновесного излучения компонента г факела в виде

Рассмотрим сначала простейший случай поглощающей среды: рассеяние излучения отсутствует или рассеянием излучения пренебрегается. Будем предполагать, что температура стенок Тг известна, распределение температуры Т по объёму топочной камеры и поле концентраций газовых и дисперсных ингредиентов заданы. Пусть О -точка наблюдения в топочной камере, К - точка пересечения вектора наблюдения I с поверхностью топочной камеры. Вектор сканирования объёма пространства из точки К обозначим Ь. Будем предполагать также, что поверхность стенки - ламбертовская. Тогда спектральная интенсивность теплового излучения в направлении I определится соотношением:

(5)

Л Ах()= Ь\Т\\Т (I )]ЛЛ\Т (I)] ^ПЧ Ах(И +(1 -8Х )) (Тк )ах()

+

я* 2п Ьк

+ ! вх\т(ь)]ЕПгх[т(ь)]

Ях

п 0 0 г

Л тгАХ

а!

Ь (0, ф)+ !* X

(6)

а п,

27

где T(/) - температура среды вдоль оптического пути /; Bx[T(/)] - спектральная яркость излучения абсолютно черного тела при температуре T в точке /; sx -спектральный коэффициент отражения стенки; 10 - оптический путь между точками O

и K; Tk - температура в точке K; тдх (/) - ФСП для оптического пути / в спектральном интервале шириной ДХ; X - длина волны; T(Lp)- температура в точке пересечения вектора L с поверхностью стенки; dQ - элемент телесного угла; 9, ф - зенитный и азимутальный углы, соответственно; тдх (L +/) означает ФСП вдоль оптического пути (L+/); индекс «г» означает границу стенки.

В соотношении для тдх произведение берётся по всем компонентам k Ф i, включая золь:

тДХ=ПтДХ/ , (7)

i

где Тдхг- - ФСП для i-го компонента как газовой, так дисперсной фаз топочной атмосферы. Для газовых компонентов функции тдх/ вычисляются по двухпараметрическому методу эквивалентной массы.

Для учёта рассеянного излучения выберем начало координат на дне топки. Ось координат z выберем в соответствии с симметрией восходящего потока продуктов сгорания. Введем полярную систему координат. Обозначим точку наблюдения zh с

зенитным Во и азимутальным фо углами наблюдения, 9, ф - текущие зенитный и азимутальный углы интегрирования по пространству. Тогда любая точка в пространстве топки будет характеризоваться высотой z относительно дна топки и углами 9, ф , а поверхность, ограничивающая пространство топки, - координатами

zг, 9, ф . Излучение, идущее в верхнюю полусферу от точки наблюдения Zh , будем называть восходящим с интенсивностью J t. Излучение, идущее в нижнюю полусферу с интенсивностью J i, будем называть нисходящим. Угол рассеяния излучения Т(9о,фо,9,ф) зависит как от направления наблюдения Во,фо, так и текущих углов интегрирования 9, ф рассеянного излучения. Предположим далее, что поверхность топки имеет температуру T (zг, 9, ф) и спектральный коэффициент отражения sx (г, 9, ф) ; X - длина волны излучения.

Введем далее индикатрису рассеяния f (z, Т) таким образом, что

J d ф| f (z, Т) sin Td T = 1. (8)

Пусть тдХа (/) - ФСП за счёт поглощения излучения газовой фазы топочной атмосферы и ее дисперсной фазой; та^ (/) - ФСП (ослабление) только за счёт

рассеяния излучения дисперсной фазой топочной атмосферы; т^а (/) - ФСП за счет

поглощения излучения аэрозолями, для которых справедливы следующие соотношения:

28

Ча

(/) = ехр

Аа К (/ /

(/) = ехр

к (1 и

I

<Аха (1) = Хаа (1 ^Х/ (1), (9)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где / - оптический путь, который пробегает луч радиации; ст^, ст^ - спектральные

нормированные объемные коэффициенты поглощения и рассеяния аэрозоля; ст«0 (/) -объемный коэффициент ослабления излучения аэрозолем на длине волны Х=0,55 мкм; ТАХ/ (/) - ФСП для /-го компонента газовой фазы атмосферы для спектральных

интервалов шириной Д с центром X, которые вычисляются по двухпараметрическому методу эквивалентной массы.

Выберем направление наблюдения /, которое пересечет границы поверхности

топки для верхней полусферы 2т (00,фо) и для нижней полусферы ¿г (00, фо)

относительно горизонтальной плоскости г = . Тогда для интенсивности восходящего

и нисходящего излучения Jах в приближении однократного рассеяния в направлении 00,фо в точке ¿н

ТП

'ах

г П

ЧАХ

и . тп .

2 АХ + J3АХ

J

4АХ

П

5 АХ ,

(10)

где JlАХ - собственное нисходящее излучение среды топочной камеры в точке наблюдения; J;2АХ - излучение стенки топочной камеры в направлении наблюдения, ослабленное топочной атмосферой; J3АХ - рассеянное в направлении наблюдения

излучение, исходящее из объёма топочной атмосферы (из объёма точки); J4АХ -

рассеянное излучение всех стенок топки, отражённое от точки /г на стенке в

направлении наблюдения; J5'АХ - собственное излучение всех стенок камеры,

ослабленное печной атмосферой и отражённое от точки /г на стенке в направлении наблюдения. Физический смысл составляющих интенсивностей в соотношении (10) для восходящего излучения аналогичен.

Для неравновесного излучения функция источника различна для различных излучающих компонентов и может изменяться в пределах топочного объёма и по спектру длин волн электронно-колебательных переходов молекул. Если величины П/Х для компонентов / известны, то в уравнениях интенсивности следует ввести суммирование излучений по компонентам / под знаком интегралов, заменив величину Вх (т) величиной Вх (Т) • п/х . Тогда для интенсивности восходящего излучения:

¿н

^АХ= / т[Т(2),00,ф0}пх[Т(г),00,ф0]т^(¿,00,ф0)

ст/аха (г, ¿н, 00,ф0)

¿г I

&

П^ ((, ¿н,00,ф0 ), (11)

ш

^АХ = Вх

Тг (¿г ,00,ф0) ^ (¿г ,00,ф0)тАХа (¿г ,00,ф0),

(12)

29

ЛзАХ = / дф I 0 50 } /х[ 7, у(0, ф, 00, Ф0 [z, zг, (0, ф), 0, ф; ¿н, 00, ф0 ]х

0 -п/2 7- 57

Z |sBх\т/z,0,ф)^nгх\т/z,0,ф)^^iАXx[z,z',0,ф;zи,z,0o,Фo] ПxkАXa/z,z',0,ф;zи,z,0o,фo) \dZck, (13)

2п п/2

г н

д

Адг

Ы

Ж ЯХг (1г-,00,фэ) 2п V2 д г , х -,

Л4АХ =-} лф } ¡¡т&й/ /х\z,Т(0,ф0o,Фа)]—\z,zг,(ф),0,Ф!^0O,Фэ]х

п 0 -П2 г д

хтАХа [z, ^/0, ф), 0, Ф ! zн, 0o, Фз]'|[1-5Хг/z, % Ф0)] В [т/0, ф)]^ ж ях( z-,0o, Фз) 2п , лч \- - -

/5АХ = -Ч Лф I {^^((г,(0,ф))|^^[т(0,ф)]тх? % ,!г(0,ф),0,ФZг ,zн,0o,Фo

п 0 у [ -

(14)

(15)

хтаха

,(0,ф)Д ф. zг, Zн,0O,ФO

Л0,

где суммирование выполняется по всем компонентам г, а произведение - по всем компонентам к Ф г; тГ означает, что границы топки расположены ниже высоты наблюдения !н; 5+г означает коэффициент отражения на границе топки, расположенной на высоте !г > !н.

Для интенсивности нисходящего излучения /¡Ах легко написать соотношения, подобные (15-19),

4=? ^№)%Ф0ЫтФ0>а5 ((00,Ф0)) ^(^П аа/z,Zн,0o,qo>¿, (16)

*г

к Фг

Л 2АХ = вх

Тг (+,%Ф0) 1 ^х^0O,Ф0) (Z+,0O,Ф0)тАХа (Z+,0O,Ф0) , (17) | 2п п/ 2 ^ д

Л3АХ=1 ЛФ I 81п 0Л0 I /х\z, М(0, Ф, 0O, Ф0 )) тх* zг, (0, Ф), 0 Ф;z, zн, % Ф0 ]х (18)

0 -п/2

X } izB[T/z,0,ф))х[T/z,0,ф)]^TгАЦ[0,ф;zи,z,0o,фo] ПткАХа(,/Дф;ZИ,Z,0O,ФO) [а^

+ 1 г д кф

zг

I ЯХг (zг ,00,Фа) 2п П2 zн д

/4Ах=-1 I £яп/X[z,М0,Ф,0O,Ф)))Хх?\z,zг,/0,ф)0,ф;z,zн,0Фа]х

0 -П2

JcZ

(19)

(20)

хтАХа [z, Zг,/0,Ф),0,Ф;Z, ТиА^Н1-8^/z,0o,фo)]Вг [^ф)]^

| 8х(Z+,0O,фэ)2п ф , , >Ч г

/¡Ах = п--I Лф I {(г,(0,Ф))}[(0Ф)]\г+,Zг(0,Ф),0,Ф;!+,Zн,0O,Фэ

хтАХа

0 -^2 z+, Zг (0,Ф),0,Ф; z+, Zн,0o,Фэ

(21)

Л0.

30

Процессы неравновесного излучения при горении углеводородных топлив практически не разработаны и их влияние на радиационное выхолаживание факела топочного пространства слабо изучено. Из самых общих соображений формирования электронно-колебательных спектров можно сделать вывод, что наибольшее влияние на процесс радиационного теплообмена в топках неравновесность излучения оказывает при сжигании газообразного углеводородного топлива и мазута, которые имеют в своём составе серосодержащие, азотсодержащие компоненты и гидроксил OH, формирующие неравновесное излучение высокотемпературного ядра факела [5-13].

При решении задач радиационного теплообмена в котлоагрегатах оперируют интегральными интенсивностями теплового излучения, которые определяются путем интегрировании спектральных интенсивностей теплового излучении по спектру длин волн к.

ж & ж

J ' (н, Эн, фн ) = J Jl (, ен, фн )dl , (22)

0

Зная величины J, Эн, фн), можно определить потоки теплового излучения на любое направление, в том числе и на тепловоспринимающие поверхности, выполнив

пространственное интегрирование J^ в пределах телесного угла 2п. В частности, для потоков нисходящего и восходящего излучения

FП (z) = J JП (z, е,ф)dО, (23)

0

где dО - элемент телесного угла. Радиационное изменение температуры определится из соотношения

дТ (z, е, ф) = 1 dF (z, е, ф) (24)

dt p(z, е, ф)Ср (z, е, ф) dz ' где р(z,е,ф), Cp (z, е,ф) - соответственно плотность и теплоёмкость в локальной точке с координатами z, е, ф ,

F (z, е, ф) = F V е, ф)- F ^(z, е, Ф).

Если процесс теплообмена стационарен, то dT (z,

е, ф)/dz = const для любого

локального объема с координатами z, е, ф . Если процесс теплообмена не стационарен, то происходят временные изменения температуры в локальных объемах, временной тренд которых можно вычислить путем применения итерационной процедуры расчетов на каждом временном шаге i, так что

/ ч / ч dTi (z, е, ф)

T+1 (z, е, ф) = Ti (z, е, ф) +д?—. (25)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Однако при этом необходимо принимать во внимание и воздействие других механизмов теплообмена. диффузию, турбулентную диффузию, конвективный теплообмен, рециркуляцию продуктов сгорания.

Наиболее интенсивно радиационное выхолаживание проявляется в ядре факела, в связи с чем его температура всегда ниже адиабатической на 15-20%. Последнее означает, что за время сгорания топлива факел значительно остывает в результате радиационного выхолаживания. Степень радиационного выхолаживания факела

31

максимальна, если струя истекает в свободную атмосферу. В замкнутом объёме топки радиационное выхолаживание возрастает с ростом температуры факела, степени его черноты, за счёт поглощения излучения газовой и дисперсной фазами продуктов сгорания, и уменьшается при повышении температуры тепловоспринимающих поверхностей и их коэффициентов отражения. В холодных зонах топки может иметь место и радиационное нагревание, если в них содержатся оптически активные компоненты. Если имеются температурные инверсии в распределениях температуры, то в зонах температурных инверсий также может наблюдаться радиационное нагревание или ослабление радиационного выхолаживания.

Полное радиационное выхолаживание продуктов сгорания АТ определяется формулой

Н 1 дТ

АТ = , (26)

0 V (г) &

где Н - высота топки.

Summary

Modeling of radiate heat exchange with application of spectral models of transition over of heat radiation of combustion products of flues and accounting of no equilibrium and sharp selection of the radiate spectrums is considered. Radiate characteristics of gaze components of combustion products and dispersion phase, representing sooty ashes, is analyzed. Reserved modeling provides preliminary calculation of temperature distribution on volume of a fire chamber and chemical composition of fuel combustion products. Sharp selection of radiate spectrum of gases is accounted by application of two-parametrical method of equivalent mass on calculation of spectral transmission functions of optical active gaze components of combustion products, of fuel. Modeling of poly dispersion composition sooty ashes is executed with accounting of different mechanisms its generation.

Keywords: radiating heat exchange, radiation carrying over, function spectral пропускания, combustion products, a disperse phase.

Литература

1. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива: Справочное пособие. Л.: Недра, 1987.

336с.

2. Лисенко В.Г. Интенсификация теплообмена в пламенных печах. М.: Металлургия, 1979.

224с.

3. Блох А.Г. Теплообмен в топках паровых котлов. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. 240с.

4. Оциск М.Ц. Сложный теплообмен. М.: Мир, 1976. 616с.

5. Moskalenko N.I., Zaripov A.V., Loktev N.F., Parzhin S.N., Zagidullin R.A. Transfer over nonequilibrium radiation in flames and high temperature mediums. - Optoelectronics-devices and applications. Croatia. 2011. P. 469-526.

6. Москаленко Н.И., Зарипов А.В., Ильин Ю.А. Исследование спектров неравновесной эмиссии гидроксила ОН // Известие вузов. Физика. 2010. №2. С.3-9.

7. Москаленко Н.И., Зарипов А.В., Локтев Н.Ф., Ильин Ю.А. Излучательные характеристики водород-кислородного пламени // ЖПС. 2010. Т.77.№3. С.406-414.

8. Moskalenko N.I., Zaripov A.V., Ilyin Yu.A. Investigation of nonequilibrium hydroxyl emission spectra // Russian Phys. Journ. New York: Springerlink. 2010.V. 53. №2. P. 107-113.

9. Moskalenko N.I., Zaripov A.V., Loktev N.F., Ilyin Yu.A. Emission characteristics of hydrogen-oxygen flames // Journ. Appl. Spectrosc. New York: Springerlink. 2010. V.77. №3. P. 378-385.

32

10. Москаленко Н.И., Зарипов А.В., Загидуллин Р.А. Спектры эмиссии и радиационный теплообмен в высокотемпературных средах, пламенах и топочных камерах / Техника и технологии в 21 веке: Современные состояния и перспективы развития. Новосибирск, ЦРНС. Т4. C. 48-87.

Поступила в редакцию 28 декабря 2011 г.

Москаленко Николай Иванович - д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Котельные установки и парогенераторы» (КУПГ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 234-64-06; 8 (843) 519-43-16.

Загидуллин Рустем Абдулхакович - аспирант кафедры «Котельные установки и парогенераторы» (КУПГ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 562-59-83; 8 (843) 519-43-16; 8-917-9195171. E-mail: [email protected].

Локтев Николай Федорович - ассистент кафедры «Котельные установки и парогенераторы» (КУПГ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 255-44-74; 8 (843) 519-43-16; 8-917-9146768. E-mail: [email protected].

Зарипов Алмаз Вилевич - канд. техн. наук «Котельные установки и парогенераторы» (КУПГ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).

33

Modeling of radiate heat exchange with accounting of nonequilibrium and selection of radiation in fire chambers of energetic electric stations