Эпюры облучения горелок
При проектировании и эксплуатации систем и установок с ГИГ помимо теплотехнических характеристик, присущих всем газовым горелкам (тепловая мощность, рабочее давление и расход газа), необходимо знать характер распределения энергетической освещенности (облученности) от излучателя, который зависит от температуры, линейных размеров и формы излучающей поверхности, а также от конструкции рефлектора. В проектной практике чаще всего необходимо иметь картину плоскостного распределения поверхностной плотности энергии от излучателя. Ее дают эпюры облучения ГИГ.
В работах [34, 49, 54] описаны экспериментальные установки для определения эпюр облучения, приведены результаты исследования для излучателей ГИИ-3, Г14И-8. Одна из схем экспериментальной установки для определения эпюр облучения рассмотрена в разделе 2.2.
В работе [34] описана методика экспериментального построения пространственных эпюр облученности, позволяющих определять поверхностную плотность энергии на различных расстояниях от горелки и под различным углом к ее поверхности, а также суммарную энергию, передаваемую непосредственно излучением.
Исследуемый излучатель следует поместить в центре полусферы определенного достаточно большого радиуса (1—3 м). Плотность- излучения измеряют в заранее рассчитанных точках на поверхности четверти сферы (рис. 3.1). Определив количество теплоты Qлуч, воспринимаемое полусферой от излучающего насадка, и отнеся его к удельной тепловой нагрузке излучателя, можно определить лучистый КПД горелки. Так, для излучателя ГИ-01 он составил, %, при удельной тепловой нагрузке 127 кВт/м2 — 52,7; при 150 кВт/м2 — 53,5; при 160 кВт/м2 — 52.
Эпюры облучения для излучателей ГК-27У-1 (ГИИ-19А) и. ГИИВ-1, полученные автором на основании экспериментальных исследований, приведены в работе [50]. Они показывают распределение поверхностной плотности энергии в плоскости пола обогреваемого помещения от горелки по трем направлениям (продольной, поперечной осям симметрии и по диагонали излучателя) в зависимости от высоты подвеса излучателя и его удельной тепловой нагрузки (рис. 3.2). По оси ординат откладывается поверхностная плотность энергии q, Вт/м2, по оси абсцисс — расстояние /, м, по горизонтали от центра излучателя.
Цифры на кривых указывают высоту подвеса излучателя Н, м, над уровнем пола. По характеру распределения энергии излучения применяемые в терморадиационных установках нагрева и сушки излучатели, подвешенные на малой высоте (150—350 мм) отличаются от подвешенных на больших высотах (3—11 м). На рис. 3.3 приведена эпюра облучения по большей оси сдвоенною излучателя (блока горелок) ГК-27У-1 — ГИ-01, установленного параллельно облучаемой поверхности. Удельная тепловая нагрузка горелок 141 кВт/м2; температура керамики Гикер=1145 К, температура вторичного излучателя 7ис=1030 К- Излучающая поверхность состоит из керамических плиток с dorH = l,55 мм и сетки-экрана № 2—1,2 из стали марки 1Х18Н9Т.
Анализ эпюр показывает, что под излучателем наблюдается неравномерность поверхностной плотности энергии (рис. 3.4). Однако следует заметить, что неравномерность эта обусловлена резким падением поверхностной плотности энергии в точках 6 и 7,. т. е. в 100 мм от края блока. При проектировании терморадиационных сушил и других установок снять эту неравномерность можно, расположив излучатели таким образом, чтобы они на 50—100 мм перекрывали облучаемую поверхность.
На основании эпюр облучения путем компоновки излучателей в пространстве можно создать в плоскости пола, на других Облучаемых поверхностях ограждений, если это необходимо, на поверхностях обогреваемого оборудования или материалах любую заданную поверхностную плотность энергии. В проектной практике для конструирования систем отопления и установок терморадиационного нагрева достаточно иметь для плоских излучателей эпюры облучения по трем направлениям (продольной, поперечной осям симметрии и по диагонали излучающей поверхности), для круглых — одну эпюру облучения плоскости, параллельной поверхности излучения, для соответствующей высоты подвеса Н„ так как в любом направлении интенсивность излучения, а следовательно, и поверхностная плотность энергии на облучаемой поверхности одинаковы.
Полученные автором и другими исследователями эпюры облучения можно использовать при определении распределения поверхностной плотности энергии и расстояния между излучателями для случаев, когда излучающая поверхность их расположена параллельно плоскости пола. В тех случаях, когда излучатели установлены под углом к облучаемой поверхности (плоскости пола), поверхностную плотность энергии можно определить по тем же эпюрам облучения, пересчитав их для данного угла наклона и принятой высоты подвеса по закону Ламберта. Проверка показала хорошую сходимость результатов пересчета эпюр с данными экспериментальных исследований.
На основании эпюр облучения принятых к установке излучателей можно построить эпюры суммарного облучения поверхности в зависимости от высоты подвеса излучателей Н, м, шага между излучателями, м, и соответствующей оси симметрии горелки (рис. 3.5). Принцип построения суммарных эпюр облучения сводится к тому, что на оси абсцисс в любом масштабе откладывают в обе стороны от нормали к каждой горелке расстояния между ними, а на оси ординат — суммарную поверхностную плотность энергии, соответствующую высоте подвеса горелок и расстоянию от точки проекции центра горелки на горизонтальную плоскость до рассматриваемых точек. По полученным эпюрам можно судить, о полях поверхностной плотности энергии и степени неравномерности облучения.
Графический метод построения полей облучения на основании эпюр требует сложных геометрических построений, не всегда отвечает необходимой точности, особенно при большом числе излучателей.
Распределение поверхностной плотности энергии можно установить аналитически на основании законов лучистого теплообмена. При этом вопрос их определения в системах и установках лучистого обогрева, а также в терморадиационных установках для сушки и обогрева, в которых в качестве нагревательных приборов применяют ГИГ, связан с расчетом угловых коэффициентов облученности. Сложность определения последних обусловлена тем, что излучатели по отношению к облучаемым поверхностям расположены под различными углами и на разном расстоянии, при этом число излучателей, участвующих в теплообмене, может быть от нескольких штук до нескольких десятков и даже сотен. В этой связи большой практический и теоретический интерес представляет получение эпюр облучения расчетным путем. В общем случае поверхностная плотность энергии, полученная от излучателя на поверхности df, выразится зависимостью
