第九章：炉内辐射传热计算

第9章 锅炉传热性能计算1. 说明炉内换热的特点。

答：1) 炉膛内的传热过程与燃料的燃烧过程同时进行，参与燃烧与传热过程的各因素相互影响。

2) 炉膛传热以辐射为主，对流所占比例很小。

3) 火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈。

4) 火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。

5) 运行因素影响炉内传热过程。

6)2. 炉内烟气的成分有哪些？请说明它们对炉内换热的作用。

答：烟气一般由二原子气体（N 2，O 2，CO ）、三原子气体（CO 2，H 2O ，SO 2）以及悬浮固体粒子（炭黑、飞灰，焦碳粒子）所组成。

氮和氧发射和吸收辐射热的能力很弱，可以认为是透明的，一般情况下，烟气中CO 的浓度很低。

因此，烟气中具有辐射能力的主要是三原子气体和悬浮的固体粒子。

包括：1）三原子气体：CO 2，H 2O ，SO 2在红外线光谱区的某些光带内辐射和吸收能量，在光带外，既不辐射也不吸收，呈现透明性质。

2）炭黑粒子：燃料的烃类化合物在高温下裂解而形成炭黑粒子，其直径约为0. 03μm ，具有很强的辐射能力，使火焰发光。

3）灰粒子：焦碳粒子的可燃成分燃烬后的剩余部分，直径约为10~20μm ，有一定的辐射能力，在高温下发光。

4）焦碳粒子：煤粉颗粒中的水分和挥发分逸出后的剩余部分，其直径稍大，约为30~50μm ，有很强的辐射能力。

3. 炉内传热计算的原理和基础方程式是什么？简述原苏联的炉内换热计算的基本思路，并与我国层燃炉炉内换热计算方法做比较。

答：1）热平衡方程式：根据能量守恒原理，烟气在炉膛内的换热量可以看成烟气从理论燃烧温度到炉膛出口温度的焓降，即()''j l l Q B Q I ϕ=-，其中，ϕ——保温系数；j B ——计算燃烧消耗量；l Q ——有效放热量。

2）辐射换热方程式：由于炉内传热以辐射为主，对流传热可忽略不计，因此辐射换热量可以认为等于炉内传热量。

（1）由Stephan-Boltzmann 定律直接计算辐射换热量()440xt l hy b Q a F T T σ=-，式中，xt a ——系统黑度；hy T ，b T ——火焰和炉壁的平均温度；l F ——炉壁面积。

第9章 辐射传热的计算课堂讲解课后作业【9-6】试用简捷方法确定本题附图中的角系数X 1,2。

【解】 (1) 由于121=X ，1,222,11X A X A =0.42443424321211,222,1==⨯⨯⨯===ππl R l R A A A X A X(2) 由于121=X ，1,222,11X A X A =0.5212221211,222,1=====R R A A A X A X ππ (3) 根据(2)的结论，由于对称性125.00.5412,1=⨯=X(4) 假设球的顶部有一块无限大的平板存在，由于对称性0.52,1=X【9-8】已知：如图a 、b 。

求：角系数。

【解】(a) A,2A B A,A 1,21B 1,12B A,1A 1X A X A X A X A X A +++=+++由于对称性，则()1,21B 1,11,21B 1,12B A,1A 1222X A X A X A X A X A +=+=+++。

1A 12A A =+ ，1,2B 1,2B A,1X X X +=∴++B 1,2B A,11,2X X X -=++X =1，Y =2175.01,2=X(b) 扩充图(b)，得1'由扩充图可知，2.021,='X ，由于对称性，可得：05.042.04121,1,2==='X X 1,222,11X A X A =2.005.041,21211,222,1=⨯===X A A A X A X【9-18】一管状电加热器内表面温度为900K 、ε=1，试计算从加热表面投入到圆盘上的总辐射能（见附图）。

【解】表面2发出而落到表面1上的辐射能应为2,11b 1X E A =Φ； 按角系数的对称性，1,222,11X A X A =；做虚拟表面3及4，则可有4,21,23,2X X X +=，即4,23,21,2X X X -=，其中3,2X ，4,2X 为两平行圆盘间辐射角系数。

《锅炉原理》备课笔记9第九章炉内传热计算§9-1炉内传热的相似理论计算方法一．炉内辐射传热的基本概念1． 基本概念：投射辐射、有效辐射、系统黑度、炉膛黑度。

2． 计算公式是四次方差式，四次方差乘以系统黑度乘以辐射常数。

（通用）二．炉内传热计算的相似理论方法1．炉膛内辐射传热占95%以上。

对流传热占不到5%。

因此我们认为炉膛内完全是辐射传热，没有对流传热。

全部热量都是按照辐射的方式传递的。

2．理论燃烧温度的概念，应当叫绝热燃烧温度。

因为如果是理论的，参与燃烧的空气量应当是理论空气量（过量空气系数为1），而不是实际空气量（过量空气系数为实际的炉膛出口过量空气系数）。

从计算过程来看，只是没有对外传热所以应当叫绝热燃烧温度。

绝热燃烧温度就是把所有单位时间送入炉膛的热量当作焓，不对外传热，计算得到的相映的温度。

计算绝热燃烧温度的时候，因为烟气各个气体成分的比热是温度的函数，不能直接计算，只能用试算法计算。

3． 定性温度：用炉膛出口烟气温度作为定性温度。

4． 水冷壁面积：把与水冷壁相切的平面看作火焰的辐射表面，这个平面也是接受火焰辐射的水冷壁面积，叫做水冷壁面积。

5． 炉内传热的方程组：⎪⎩⎪⎨⎧''-=''-==)()(410l a p j l l j l T T VC B I Q B Q T Fa Q ϕϕσψ （9-12）（9-13） 6． 炉内有效放热量：包括修正后的1公斤燃料的有效放热量、1公斤燃烧用空气带进炉膛的热量。

7． 古尔维奇公式的推导过程：（1） 让（9-12）=（9-13），经过整理为（9-18）式。

（2） 带入卜略克—肖林公式（9-19）。

卜略克—肖林公式公式是描述炉膛内火焰平均温度与炉膛出口烟气温度的关系的经验公式。

卜略克—肖林公式从描述炉膛内沿炉膛高度的温度场的纯数学方法的公式演变而来。

（3） 经过数学数据整理得到古尔维奇公式（9-22）（9-23）（9-24）（9-25）。