气体与固体间的辐射传热有哪些特点.doc

气体与固体间的辐射传热有哪些特点？
冶金工程
前面所讨论的均为固体或液体间的辐射传热，且假定固体间的冶金工程介质为透热体，未涉及气体与固体间的辐射传热。但实际当中经常遇到高温气体与管壁及炉壁之间的辐射传热问题，且不同成分的气体，辐射与吸收能力相差很大。如单原子气体及对称的双原子气体（如N2，02，h2等)可认为是透热体，而三原子和多原子气体（如so2，co2，h2o，甲烷等）则具有相当大的辐射能力和吸收能力。
(一)气体辐射的特点
与固体和液体相比，气体的辐射和吸收具有如下两个特点：
(D对波长的选择性通常固体的辐射与吸收光谱是连续的，而气体是间断的。一种气体只能在一定的波段范围(称为光带）内具有辐射和吸收能力，对光带以外的热射线则不能辐射和吸收，如图工-?-]?所示。
(2)容积辐射与吸收固体和液体的辐射只在其表层内（不超过0j_深）进行，而气体的辐射与吸收则在整个容积内进行。当热射线穿过气体层时，沿程逐渐被气体吸收而强度逐渐减弱，减弱的速率取决于热射线在穿透中所碰到的分子数目的多少，即与射线所经历的路线长度、气体分压和温度有关。

图1-3-27黑体、灰体、气体辐射与吸收光谱的比较(a)辐射光谱（b)吸收光谱1-黑体2-
灰体3-气体
(二)气体的黑度
如同固体一样，气体的辐射能力同样定义为单位气体表面在单位时间内所辐射的总能量。气体的辐射能力实际上不遵守四次方定律，但为计算方便，工程上仍按四次方定律处理，引入!进行修正，即式中eg——气体的黑度。
可见，与固体一样，气体的黑度仍定义为气体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比。
实验表明，气体的黑度只与气体的温度Tg和平均射线行程上具有辐射能力的气体分子数有关，而后者与气体的分压p和平均射线行程L的乘积成正比，于是气体的黑度可表示成函数关系式。
函数的具体形式可由实验测定，通常以图线的形式给出，可从有关化工手册中查得。对于H$0(g)及C0$，由于分压P对黑度的影响比平均射线行程L对黑度的影响大，所以用pL所查得的!值需用修正系数C进行修正。常见的H$0(g)，C0$及S0$的黑度及其修正系数参见附录"。
在确定！g时，需知道气体容积的平均射线行程L。对各种不同形状的气体容积，其值可查表1-3-12，或按下式计算。
表1-3-12某些特殊形状气体容积的平均射线行程L
气体容积形状

特征尺寸，D
L/D
球体对表面的辐射

直径
0.60
无限长圆柱体对表面的辐射

直径
0.90
高度等于直径，即H=D的圆柱体
对底面中心的辐射
直径
0.90
对整个表面的辐射
直径
0.71
气体容积形状
特征尺寸，D
L#D
无限大平行平面对表面的辐射
平面间的距离
1.76
正立方体对表面的辐射
边长
0.60
管子为等边三角形排列d*c管束间的气体对管表面的辐射）*(.5c
间隙c间隙c
2.8
3.8
管子为正方形排列
间隙c
3.5
考虑到冶金炉烟气中的主要辐射气体是C02，H20(g)，S02，其他三原子及多原子气体含量很少，可忽略不计。
值得注意的是，因气体不是灰体，气体的吸收率与黑度并不相等，而且气体在与固体壁面进行热交换时，气体温度与壁面温度可能相差较大。
(三)火焰的黑度
实际高温炉内，烟气或火焰中除含有辐射气体外，通常还含炭黑、灰尘等固体微粒。这些微粒的存在必然会增大气体的辐射和吸收能力，从而改变纯净气体的辐射特性，使气体原来纯净时典型的选择性辐射和吸收过渡到近乎固体的连续辐射与吸收。随微粒含量的增加，火焰的黑度增大。工程上常采用经验公式确定火焰的黑度：
式中考虑了火焰中悬浮微粒的附加辐射系数。一般气体燃料无焰燃烧时卩=1，重
油火焰p=1.3，天然气火焰p=1.10~1.25，粉煤火焰p=1.30。
(四）气体与围壁间的辐射传热
设温度与成分均匀的气体1充满某容器或通道2，器壁的内表面积为A，若以下标“g”和w”分别表示气体和围壁，则气体和围壁的温度、黑度、吸收率分别为9g，9w，!g，!w，7g，aw。

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