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1、加热炉第五讲－气体的热辐射气体的热辐射与加热炉高温烟气与炉管高温烟气与炉墙实际气体的辐射与吸收有什么特点？气体的热辐射的特点具有选择性在整个容积中进行一气体辐射对波长的选择1.不同种类的气体的辐射和吸收能力各不相同*单原子和分子结构对称的双原子气体，如惰性气体、H、N、O、空气等：无反射和吸收的能222力——可以看作透明体。*三原子、多原子及结构不对称的双原子，如CO、2HO、SO、CO、CH等：有相当大的辐射能力224和吸收能力——吸收性气体。2.气体辐射对波长具有强烈的选择性•每一种气体只有在一定的波长范围内才有辐射和吸收能力（光带）•O可以全部吸收波长小于
2、0.3m的紫外线3•工程燃烧的主要产物CO、HO（汽）的光带均在波长大于2.5m处，22各有三条光带，其中有两条互相重叠二氧化碳和水蒸气的辐射光带波长范围光带/μmCO2H2O第一光带2.65～2.802.55～2.84第二光带4.15～4.455.6～7.6第三光带13.0～17.012.0～30.0一气体辐射对波长的选择1.这些光带都在可见光之外，所以即使高温下，肉眼也无法看到这些气体2.温度增加时，体气的黑度是下降的二、气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的•吸收：辐射到气体层界面上的辐射能在辐射行程中被吸收减弱，减弱的程度取决于辐射强度及途中所遇到的分子数目（
3、与射线行程长度及气体密度有关）温室效应•地球大气中起温室作用的气体二氧化碳、甲烷、水蒸气、臭氧、NOX、氟利昂等三气体辐射规律气体的辐射和吸收是气层厚度L、气体的温度T和分压p（密度）的函数α=f（T，pL）λ设热射线穿过厚度为L的吸收性气体，其能量沿途被气体分子吸收。随着距离x的增大，射线的强度不断削弱。设在x=0处，单色辐射强度为I，在x处为I。在x处取λ,0λ,x一厚度为dx的薄层气体微元。射线穿过气体薄层微元后，辐射强度减弱为I–dI。减λ,xλ,x少量dI∝Idx，于是λ,xλ,xdI=-kIdxλ,xλλ,x三气体辐射规律I,LLIdI,x,L
4、kdxlnkLI,0I,x0I,0贝尔定律：贝尔定律表明单色辐射在吸收性介质中传播时其强度按指数递减。I,LkLe,L,LI,0kL11e,L,L当L—>∞时，,L,L1，这意味着当气体层非常厚时具有黑体的性质。无限厚的气体层是否可以看作是黑体？•工程上关心的是确定气体所有光带内辐射能量的总和•需要首先确定气体的发射率gE/Egg04•然后利用QAT计算气体的发射辐射gg•由于气体的容积辐射特性，与射线程长关L系g密切，而L取决于气体容积的形状和尺寸四平均射线行程长度当量半球：指该半球内
5、气体的压强、温度与组成同所研究的特定形状中气体的状况完全相同，且该半球内气体对球心微元表面的辐射能力等于所研究的特定形状中全部气体对某指定表面的辐射能力。当量半球的半径：有效气层厚度。又称平均辐射长度。四平均射线行程长度在缺少资料的情况下，有效气层厚度L可用经验公式近似计算：VL3.5（气体对整个包面）AV——气体的体积；A——包围气体表面的面积。注意：对于同一几何形状，有效气层厚度还与被辐射的表面在容器壁面上的位置有关。（书上296页表7－3）五CO和HO气的黑度22从大量实验研究表明，CO的辐射能力∝气体温度2T3.5；水蒸气HO的辐射能力∝气体温度T3。为了计算
6、g2g方便，使气体和固体一样都能应用Stefan-Boltzmann定律，即辐射能力∝T4，将与四次方有偏差的部分包括在气体g的黑度ε中。g实际固体的黑度与实际气体的黑度的不同？五CO和HO气的黑度22五CO和HO气的黑度220CCO2CO2CO2五CO和HO气的黑度22五CO和HO气的黑度22当p≠1atm，pH2O≠0时的水蒸汽辐射的修正系数0CH2OH2OH2O五CO和HO气的黑度22Δε-烟气中光谱重叠的校正量，gΔε≈2-5%；g烟气中如存在SO，通常可计算在2CO组分中。2为什么总的PL值越大，修正因子越高？CO2CO2/(CO2+H2O)H
7、2OCO与水蒸气光谱重叠校正因数2六CO和HO气的吸收率221.CO和HO气的吸收率不仅与气体温度T、分压及气22g体厚度有关，还与投入气体的辐射光谱有关。因为CO和HO气对投入辐射的波长有选择性地吸收，所22以不能把气体当作灰体和漫射体2.气体的吸收率α不等于同等温度下的黑度εgg3.在加热炉中，投入辐射来自气体的包壳壁面，这些壁面近似于黑体或灰体，它的辐射光谱取决于壁面温度T，所以CO和HO气的吸收率也与T有关。W22W六CO和HO气的吸收率22实验表明，二氧化碳和水蒸气的黑度与吸收率之间有如下关系0.650.45*Tg*Tg
