9、炉内辐射传热计算
传热学-第九章 辐射计算
X1, 2
1,2 1,2 A 1,2 B
X1, 2i
i 1
n
A1 Eb1 X 1,2 A1 Eb1 X 1,2 A A1 Eb1 X 1,2 B X 1,2 X 1,2 A X 1,2 B
再来看一下2 对 1 的能量守恒情况: 2 ,1 2 A ,1 2 B ,1
X 1,2 X 2,1
1 A1 1 A2
A1
A2
X d 1, d 2 dA1 X d 2, d 1dA2
A
A1 1
1
cos 1 cos 2 dA1dA2
A2
A1
1 A2
A2
A1
r cos 1 cos 2 dA1dA2
2
(9-4a)
A2
r
2
(9-4b)
的电流、电位差和电阻比拟热辐射中的热流、热势差与热
阻，用电路来比拟辐射热流的传递路径。但需要注意的是， 该方法也离不开角系数的计算，所以，必须满足漫灰面、 物性均匀以及投入辐射均匀的条件。
热势差与热阻
上节公式(9-12)：
J Eb ( 1)q
1
改写为：
Eb J q 1
1, 2 A1 Eb1 X 1, 2 A2 Eb 2 X 2,1 A1 X 1, 2 ( Eb1 Eb 2 ) 的热辐射 到达表面 2的部分 的热辐射 到达表面 1的部分
图9-13 黑体系统的 辐射换热
表面1发出 表面 2发出
例题9-4 一直径d=0.75m的圆筒形埋地式加热炉采用电加热。 在操作过程中需要将炉子顶盖移去一段时间，设此时筒身温 度为 500K ，筒底为 650K 。环境温度为 300K 。试计算顶盖移 去期间单位时间内的热损失。设筒身及底面均可作为黑体。
第九章 炉内辐射传热计算PPT课件
kW /m2
(91)4
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁表面温度和黑度。
–
其中
1 1 1 1 2
为系统黑度。
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12
两平行平面之间的辐射传热
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• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 体之间的辐射热交换热流
度表示
1T T t1h,
fT Ttfh
(93)6
– 同时存在着对流传热。
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6
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
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二、炉内传热计算的简化和假设
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； – 将燃烧和辐射两个过程分开：
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 能达到的温度，称为理论燃烧温度；
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
Eb0T4 kW /m 2 E0 T4Eb kW /m 2
(91)
– T、温度和黑度；
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9
两平行平面之间的辐射传热
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二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度
辐射传热量）
Q Rq B R cF a,l kJ /kg
(93)1
– F炉内水冷壁的吸收表面积，m2；
– Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；
qRs1 0(yTn1 412T2 41 ),
9.12辐射传热计算
Eb (T2 )d
1 Eb (T2 )d 2 Eb (T2 )d
0 5
5
Eb
1 Fb ( 05) 2 (1 Fb ( 05) ) 0.69
漫射表面温度T1＝300K
5
(,T ) (,T )
1
1 Eb (T1 )d 1 Eb (T1 )d
Eb1 Eb 2 1 1 1 1 2 1 A1 A1 X 1, 2 2 A2
1 s 1 1 1 X 1, 2 1 X 2,1 1 1 2
系统黑度
考虑由于灰体系统多次吸收与
反射对换热量影响的因子
Eb
1 A
J
Eb J q 1
1, 2
Eb J 1 A
J1 J 2 1 A1 X 1, 2
1, 2 A1 J1 X 1, 2 A2 J 2 X 2,1
J1
1 A1 X 1, 2
J2
Hale Waihona Puke (3) 网络法的应用举例 a 两漫灰表面组成的封闭系统，等效网络图如下所示
X1,1 X1, 2 X1,3 X1, n X1,i 1
i 1
n
上式称为角系数的完整性。
若表面1为非凹表面时，X1,1 = 0
图8-3 角系数的完整性
(3) 可加性
表面2可分为2A和2B两个面，
分析X1,2 X1,2A X1,2B三个角系数之间的关系
1, 2 1, 2 A 1, 2 B A1 Eb1 X 1, 2 A1 Eb1 X 1, 2 A A1 Eb1 X 1, 2 B X 1, 2 X 1, 2 A X 1, 2 B
辐射传热公式
辐射传热公式
辐射传热公式可以使用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示。
根据该定律，辐射传热的速率与物体的表面积、物体的发射率以及物体的温度的四次方成正比。
辐射传热公式可表示如下：
Q = εσA(T^4)
其中，Q是辐射传热速率（单位为瓦特或焦耳/秒），ε是物体的发射率（无单位，范围在0到1之间），σ是斯特藩-玻尔兹曼常数（约为5.67 × 10^(-8) W/(m^2·K^4)），A是物体的表面积（单位为平方米），T是物体的温度（单位为开尔文）。
这个公式描述了物体通过辐射传递热量的速率，较高温度的物体会辐射更多的热量。
发射率ε表示了物体有多大比例的辐射能量被传递出去，发射率为1表示物体是完全黑体辐射体，所有的辐射能量都被传递出去。
辐射传热公式可以用于计算太阳辐射、热电厂、电炉等各种热传递问题。
第9章 辐射传热的计算
封闭系统 abc ：X ab ,ac
封闭系统 abd ： ab ,bd X 解得： X ab ,cd
bc ad ac bd
X 1, 2
交叉线之和 不交叉线之和 2 表面 A1的断面长度
J1
G1
a
对辐射特性为常数的表面 1 ：
a
J1 E1 1G1
1G1
b
1 E b1
1
b
1 Eb1 1 1 G1
1G1
2. 有效辐射与辐射传热量的关系 从外部： 传热量 q J1 G1 从内部： 传热量 消去 G1 ，并且
J1 G1
a
q 1 Eb1 1G1
9.1.2 角系数的性质 1. 角系数的相对性 （1） 两个微元表面
dA1 和 dA1 （黑体）
2
dA2 对应的立体角：
dAc dA2 cos 2 d 1 2 r r2 dA2 方向可见辐射面积： dA1 cos1
1
X d 1, d 2
落到 dA2上的辐射能 dA1发出的辐射能
A1 X1, 2 J1 J 2
J 1 J 2 ——电势差 1 ——空间热阻 A1 X 1, 2
等效网络图：
1, 2
3. 两个灰体表面组成的封闭系统
1, 2
E b1 E b 2 1 1 1 1 2 1 A1 A1 X 1, 2 2 A2
Z X 1.33 ， Y X Nhomakorabea.67X 2,(1 A) 0.15
③ 由可加性：
X 2,1 A X 2,1 X 2, A X 2,1 X 2,1 A X 2, A 0.05
第九章 炉内辐射传热计算
17
Q ef VC avTth f
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Q ef f VC av
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
中国 南京
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 计算火焰黑度或吸收率时，其减弱系数ka或光学密度τ由三原子气体、灰 分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
（书p.169）
两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
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物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。 对于黑体和灰体
Eb 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 1) E 0T 4 Eb
– T、 温度和黑度；
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a 1 e k S 1 e ka S
a
(9 5)
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9
两平行平面之间的辐射传热
中国 南京
三、炉内火焰黑度1 炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成：
辐射传热的计算
Q12
A(Eb1Eb2)A T14T24
1112 1
21
在两块平壁之间加一块大小一样、表面发射率相同的遮热板 （忽略导热热阻）
辐射换热量减少为原来的 1/2，即：
112
1 2
12
A 3X 3,1A 3X 3,2A 3
根据角系数的相对性有：
A1X1,2A2X2,1
A1X1,3A3X3,1 A2X2,3A3X3,2
三个非凹表面组成的封闭辐射系统
X1
2
A1
A2 A3 2A1
X1,3
A1
A3 A2 2A1
X2,3
A2
A3 A1 2A2
黑体间的辐射换热及角系数例题讲解：
[例] 试用代数法确定如图所示
的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的，属 于体积辐射。
(4) 气体的反射率为零
气体辐射的特点1：
在工业上常见的温度范围内，单原子气体 及空气、H2、O2、N2等结构对称的双原 子气体，无发射和吸收辐射的能力可认为 是透明体。 CO2、H2O、SO2、CH4和CO等气体都具 有辐射的本领。
例：煤和天然气的燃烧产物中常有一定浓度的CO2和
例：大气中的臭氧层能保护人类免受紫外线的伤害
气体辐射的特点3:
热射线穿过气体层时，辐射能沿途被气体 分子吸收而逐渐减弱。其减弱程度取决于 沿途碰到的气体分子数目，碰到的分子数 目越多，被吸收的辐射能也越多。因此气 体的吸收能力αg与热射线经历的行程长 度L，气体分压力p和气体温度Tg等因素有 关。
9.5 辐射传热的控制（强化与削弱）
遮热板的应用:
在现代隔热保温技术中，遮热板的应用 比较广泛。例如：
第9章 锅炉传热性能计算
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。
载热体加热炉辐射室内传热计算分析
载热体加热炉辐射室内传热计算分析华东理工大学化工机械研究所 汪 琦 载热体加热炉的传热计算包括辐射室内传热计算与对流面传热计算两部分,两 者相比,辐射室内传热计算较为复杂,本文对载热体加热炉辐射室传热计算进行了 分析讨论。
关键词 载热体加热炉 辐射 传热计算 网格1 炉膛传热计算 目前的炉膛热力计算公式是基于辐射传热,根据大量的试验,把炉体结构、燃烧方式、燃料特性、产生的积灰结渣的综合影响以系数M 和 表现在计算式中。
炉膛出口烟温T ″l 按下式确定: T ″l =T xaM (3.6 o a l F l T xa B j VC pj)0.6+1-273(1)式中B j 为燃料计算消耗量(kg /h ), 为保热系数,F l 为炉膛中总辐射受热面积(m 2),T x a 为理论燃烧温度(K),VC pj 为烟气在0℃至T ″l 间的平均热容量(kJ/kg ・K),a l 为炉膛黑度,其可用下式计算: a l =a hya h y +(1-a hy ) l(2)式中a hy 为火焰黑度,它是表示炉内高温介质的辐射能力的系数,其中主要辐射介质成分是三原子气体、悬浮其中的碳黑粒子、焦炭粒子和飞灰粒子,其计算式为 a hy =1-e -KPS (3)式中e 为自然对数的底,K 为炉内介质的辐射减弱系数(1/m ・Pa ),P 为炉膛内的绝对压力(对非正压炉子P =0.1M Pa ),S 为火焰辐射层的有效厚度(m ),可按下式计算: S=3.6V lFl (4)式中,V l 为炉膛容积,F l 为炉壁总面积。
火焰中三原子气体的辐射减弱系数K g 的计算式为K g =(7.8+1.6!H 2O 10P !S-1)(1-0.37T ″l1000)(5)式中,!H 2O 为水蒸气容积份额,!为三原子气体的总容积份额。
火焰中碳黑粒子的辐射减弱系数K th 的计算式为 K th =0.3(2-∀″l )(1.6T ″l 1000-0.5)C y Hy (6)式中T ″l 的单位为K,∀″l 为炉膛出口空气过量系数,C y 、H y 为应用基的碳、氢成分。
管式炉的辐射传热计算·方精炉中直接交换面积计算公式及推导举例
管式炉的辐射传热计算
方精炉中直接交换面积计算公式及推导举例1）气体区与表面区之间的直接交换面积
2）两平行表面区之间的直接交换面积
两表面区几何位置示意图见图4-15。
推导过程从略，其计算公式为:
3）两垂直表面区之间的直接交换面积
两表面区几何位置示意图见图4-160
公式推导过程从略，其结果为:
4）气体区与气体区之间的直接交换面积
设gi、gj为系统中两气体区，dV gi分别为两气体区的微元体积，它们的中心连线记r，在直角坐标系中，相对位置示意图见图4-17。
中心连线与法线构成夹角φ，见A向视图，有
dV
gi 在4π立体角中辐射，其中为dV
gi
吸收的辐射热。
燃气锅炉辐射计算
0
41
燃烧面热强度
R1
0
42
燃烧室热强度
R2
0
燃气炉炉膛辐射传热计算
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
数值
1
燃料低位发热量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
KJ/m3
2
燃料消耗量
B
m3/h
热平衡
3
计算燃料消耗量
Bj
m3/h
热平衡
4
保热系数
热平衡
5
冷空气焓
I0lk
KJ/m3
热平衡
6
炉膛过量空气系数
选取
7
空气带入炉内热量
KJ/m3
8
炉膛入炉热量
KJ/m3
9
绝热燃烧温度
10
绝热燃烧绝对温度
26
玻尔茨曼准则
27
管外灰污层热阻
28
炉膛假定吸热量
QrP
KJ/m3
1449.2
29
假定辐射面热流密度
30
水冷壁管壁温度
31
系数
32
系数
33
系数
34
计算值
35
无因次方程
36
炉膛出口烟气绝对温度
37
炉膛出口烟气温度
38
炉膛出口烟焓
KJ/m3
39
炉膛辐射放热量
Reg
KJ/m3
7257.5
40
辐射热流密度
11
炉膛出口烟温
℃
12
炉膛出口烟焓
Il”
KJ/m3
查温焓表
13
炉膛出口绝对温度
14
烟气平均热容量
《锅炉原理》备课笔记9
《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）。
第9章_辐射传热的计算
几何分析法、形状分解法
9.1.1 角系数的定义及计算假定
定义: 表面i发出的辐射能中
落到表面j上的百分数，
称为表面i对表面j的角
系数，记为Xi，j
研究表面是漫射的
1,2
A1 ( Eb1 1 A1
Eb2 ) ( 1 1)
s
A1 ( Eb1
Eb2 )(9
15)
1 A2 2
其中，系统黑度为：
s
1
1 A1 ( 1
1)
2、
A1
1
1(如两无限大平行平板),则有 :
A2
2
A2
1,2
A1 ( Eb1 Eb2 ) (9 16 ) 1 1 1
典型实例： 1 2
例：q、Φ的计算（P408--410）
例9-2：液氮储存容器单位面积散热量q的计算 ——简化成两无限大平行平板处理
例9-3：置于方形砖槽道内的钢管辐射热损失Φ的计算 ——直接用公式（9-15）或近似采用A1/A2≈0 模型
例9-4：圆筒形埋地式加热炉热损失Φ的计算* （同类型问题：热金属板中的孔壁对外辐射）
b.垂直于纸面方向 为足够长
结果： X1,2
A1 A2 A3 2 A1
L1 L2 L3 2 L1
(2)交叉线法
条件：a.二个表面均为非凹 表面；
b.垂直于纸面方向为 足够长
结果：X1,2
(ad
bc) (ac 2ab
bd)
交叉线之和 不交叉线之和 2 表面1的断面长度
3、根据已知几何关系的角系数, 推出其他几何关系 的角系数----也称形状分解法 实例：例题9-1
9简单辐射传热计算
（1）单位面积上表面1、2间的辐射传 热量为
q1,2
11
Eb1
Eb2
1 12
5.67 1 08[2 (12 7217) 43 1(12727)43 ]= 660.7 W/m2
1 X1,2 2
0.6 0.4
（2）表面1的有效辐射
J1
Eb1
111
q1,2
5 .6 7 1 8 0 (22 27)7 4 3 1 0 .6 6.6 70 0 .6
解：对流散热量为
qchd(twtf) 3 .7 3 .1 0 4 .3 ( 64 2 0 0 )83.7W/m
辐射散热量为
qr1A 1 (T 14T 2 4)
0 . 5 3 . 1 0 . 3 4 5 . 6 6 1 - 8 7 ( 0 2 4 4 - ( 7 0 2 0 ) 4 3 ) 73
（2）角系数的完整性
n
X1,1 X1,2 X1,3 X1,n x1,i 1
（3）角系数的可加性
i1
X1,2 X1,2a X1,2b
3
3、角系数的确定方法
（1）定义法
（2）代数分析法
由角系数的相对性得
X1,2
A2 A1
X2,1
1 2
由角系数的完整性得
1
X1,1
1X1,2
2
1
X 2,1 1
2
X1,2 ?
X1,1 ?
4
二、有效辐射
1、定义
有效辐射是指单位时间内离开物体单位表面积的辐射能，用符号J表示, 单位为W/m2。
J1 E1 1G1 1Eb1 (11)G1
2、单位时间内的辐射散热量
与有效辐射J 之间的关系：
加热炉辐射室传热计算
4-4 蒙特卡罗法(统计模拟法)
蒙特卡罗法 核心 用分区把炉膛中从整体来看是不均匀的 物理量和性质视为局部均匀 用能束来模拟发射、吸收、反射等实际过程， 统计每区能束的得失从而计算辐射热交换。 能束从发射开始直到最后被表面或气体吸收的全
部历程是由一系列随机数来决定的。这些随机数决定
其发射位置、方向、光谱区间、行程长度以及反射和 吸收。对能束进行跟踪，记录它自发射到被吸收的历 程，并为吸收区记分，最后可以统计出系统中各区发 射和吸收能束数的多少，作为温度分布、热通量的计 算基础。
4 4 T T QR g w 40(Tg Tw ) 5.67 A cpF 100 100
仅是烟气温度Tg及炉管表面温度TW的函数，可 以作成如图 4-6 图 4-6 的曲线。
Q R / A cp
热平衡方程式的处理:
传热速率 方程式: 热平衡 方程式:
Hs
Tp
4 T 4 T p w h Rc A Rt (Tp Tw ) Q R Q Rr Q Rc Cs H s 100 100
BQl T B(mi ci )Tp (Tp T0 ) Q R
冷平面面积 A c p
当量冷平面
总辐射交换因素
F
4 4
引用了霍特尔推导的结果：
Q 5.67AF(T g Tw )
管心距/管外径
F
1 1 1 1 ε t ε F
1 AR ε ε 1 F g ε 1 A g 1 1 ε g R C
长/高＜4（一般宽/高=0.5～0.6）
小 结 任 务 传热计算 确定辐射室热负荷 烟气出辐射室的温度 由传热速率方程和热平衡方程计算 结构尺寸的确定
锅炉炉膛传热计算
Tb al (1 ) 4 Thy ab al ahy ahy (1 ahy )
要想知道炉膛黑度必须 知道火焰黑度和热有效 系数
3.炉膛黑度计算
二、火焰黑度 将火焰当做灰体处理，固体燃料火焰黑度求法
k k q r k h h k j x1 x2 k q 三原子气体的辐射减弱 系数 0.78 1.6 H 2O Tl" k q 10.2 （ 0.1 (1 0.37 ） ) 1000 10.2 pq s r rH 2O rCO2 VH 2O VCO2 Vy
3.传热系数
高温烟气对流 和辐射放热的热阻 1 d f
管壁导热热阻 水垢热阻
灰层热阻
水垢表面对流 换热系数
h m g 1 R 1 h m g 2
1 K
h h
m m
m m
2
h m g 1 1 h m g 2
4.炉膛受热面的辐射特性
一、角系数（几何参数，物理量？） 求解方法见传热学课本第？章辐射换热计算，对 于课程设计，查表，也可采用公式计算 二、热有效系数 三、污染系数（针对水冷壁污染来讲的） 可以查表，课本以及课程设计书中有
x
5.炉膛结构和热负荷分布
看看上次课笔记
对流换热面计算
主要内容
1
1
3.传热系数
至于对流换热系数等等见课本
1.炉膛传热原理
三、炉膛辐射传热公式 方法：利用假设来建立物理模型和数学模型，用经验公式和 半经验公式方法 假设： 传热与燃烧模型分开，引入经验系数考虑燃烧工况 忽略对流换热 各物理量均匀分布 火焰与炉膛的处理辐射换热等效为两块大平板 两块大平板的物理量为 b , Tb , hy , Thy
锅炉原理-第9章炉膛传热及计算
4 0 axt Fl (Thy Tb4 ) BjVCpj (Tll Tl )
4 0 al FT l hy B jVCpj (Tll Tl )
7
9.3 炉膛温度场分布规律
炉膛中火焰的温度（相似理论法）
根据大量试验测定，对于一般具有相当高度而四周
均匀布满水冷壁的炉膛，其温度分布是类似的
锅炉原理
第9章 炉膛传热及计算
第9章主要内容
炉膛传热过程 炉膛传热方程 炉膛温度场分布规律
2
9.1 炉膛传热过程
炉膛传热过程及特点
炉膛传热过程
进入炉膛的燃料与空气混合，着火燃烧后生成高温 的火焰（烟气），通过传热过程将热能传递给四周 水冷壁管中的工质，到达炉膛出口处，烟气被冷却 到某一温度后进入对流烟道
1 lg hy lg m+n lg l 4
hy ln
火焰的平均温度为
4 Thy Tll4(1 n )Tl4 n
4 0 al FT l hy B jVCpj (Tll Tl )
代入炉膛传热基本方程式
l4n
Bo (1 l) 0 a1
炉膛中火焰温度的变化曲线可表示为
4 e X e X
l4 e e
dx
4 hy 4 0
1
1
(1 e )
1
(1 e )
d 4 0 dx
ln ln Xm
8
9.3 炉膛温度场分布规律
炉膛中火焰的温度（相似理论法）
炉膛传热过程的特点 1. 炉膛内传热过程和燃料燃烧过程同时进行，参与燃
烧与传热过程的各因素相互影响
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T f
第九章 炉内辐射传热计算
第六节 炉膛水冷壁结构特征
h4
a
h4
D D
• 炉膛有效容积的边界
– 水冷壁中心线所在的平面； – 炉膛出口（烟窗）的平 面 ； – 冷灰斗高度中心点的平面。
h1
h1
h h h2
h3 h5
0.5 h5 ß
h2 h3 h5 hr.4 hr.1
w
w
(a)
(b)
第九章 炉内辐射传热计算
第九章 炉内辐射传热计算
第九章 炉内辐射传热计算
第一节 炉内辐射传热的基本概念
一、物体的辐射
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方向所 发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
Eb 0T 4
T、——温度和黑度
kW / m 2 kW / m 2
E 0T 4 Eb
1
syn
1
,
kW / m 2
1
2
1
syn
0.32ka R
1
1
– 定义syn为火焰综合黑度。
第九章 炉内辐射传热计算
• 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（按计算燃料量计）
Q R
0 F (T14 T24 )
1
syn
1
,
kW
2
1
第九章 炉内辐射传热计算
x
s
dx
气体的光谱穿透比 气体的光谱反射比 气体的光谱发射率
( , s)
L ,0 (, s) 0
(, s) 1 ek s
第九章 炉内辐射传热计算
二、介质的吸收率和黑度
介质的吸收率
a 1 e
ka S
ka炉内辐射介质的吸收衰减系数，m-1；S炉内辐射层有效厚度，m。 对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
• 热平衡：炉内辐射传热量=炉内烟气放热量
14
Bo
f
(1 f )
(9 55a) ;
Bo
• 根据试验数据的整理，得到炉内辐射传热的准则方程式
– 炉膛出口烟窗考虑屏的辐射吸收
c
平均热有效系数
av
F
F
i i
第九章 炉内辐射传热计算
第八节 炉内热负荷的分布规律
炉内水冷壁的总吸热量
ef QR Qre f (Q f I f )
kJ / kg
re B (Qef I ) Q f cal f f
计算式为
ka k g r kash ash kcok cok
1 1 e
ka S
18
第九章 炉内辐射传热计算
五、水冷壁灰污表面的壁温T2和黑度2
考虑水冷壁管子外表面的灰污，与炉内火焰辐射热交换 的壁面温度T2
T2 Tw R f qR
K
可以通过灰污表面温度T2和黑度2，利用式计算辐射传 热量。也可以采用经验方法简化计算。
第九章 炉内辐射传热计算
三、炉内传热计算的简化和假设
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； – 将燃烧和辐射两个过程分开：
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 能达到的温度，称为理论燃烧温度； • 只有传热无燃烧，完全服从辐射传热的规律。
– 采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度； – 用炉膛出口烟温作为定性温度； – 略去对流传热的影响； – 炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑，略去 炉墙散热的影响（用保热系数表示）。
Q ef f If Tth T f Tth Q ef f VC av
Q ef f VC av Tth
第九章 炉内辐射传热计算
四、吸收减弱系数与火焰黑度
计算炉内辐射传热量时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系
数和火焰黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分
组成，对于炉膛在常压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其
a 1 e
ka S
第九章 炉内辐射传热计算
三、炉内火焰黑度
计算火焰黑度或吸收率时，考虑烟气中三原子 气体、灰分颗粒和焦炭颗粒。
第九章 炉内辐射传热计算
四、入射辐射和有效辐射
物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波 长进入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。
物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入
第九章 炉内辐射传热计算
• 辐射传热量
采用热有效系数 炉膛黑度 f F T 4 Q R f 0 1 kW
1 (1 1 )
1
(9 65)
(9 55)
• 烟气放热量
re B (Q ef I ) B VC avT (1 T f ) Q f cal f cal th f Tth
kW
炉内水冷壁单位面积的平均吸热量（即热负荷或热流密度）
F F 炉内热负荷沿炉膛高度、宽度、深度方向是不均匀的。炉内某一区 段受热面的吸热量 qav Bcal Q re f re Q f kW / m 2
1、根据试验值或经验数据，确定该区域的热负荷不均匀系数ηi
2、计算该区局部热负荷
qi i q av
第九章 炉内辐射传热计算
二、介质的吸收率和黑度
气体光谱辐射强度的削弱规律－贝尔定律 辐射能通过吸收性气体层，不断被气体吸收而削弱。 削弱的程度取决于辐射强度和气体分子数目。 贝尔定律：光谱辐射强度呈指数规律衰减。
I ,0
I ,x
I ,s I ,0
e k s L ,s e k s
– 在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各 处烟温高低不一； – 由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不 同； – 各处高温介质的辐射能力不同； – 参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等， 且炉墙对外散热； – 燃烧和传热两个过程是同时进行的，且燃烧是一个复 杂的物理化学过程； – 同时存在着对流传热。
第九章 炉内辐射传热计算
二、介质的吸收率和黑度
N 透热气体：无发射和吸收辐射能能力的气体 空气、H2、O2、N2 等
气体辐射
Y
吸收性气体：有发射和吸收辐射能力的气体
O3、H2O、CO2、SO2、CO 等
气体辐射的特点（CO2、H2O）：
1. 气体辐射对波长有选择性， CO2、H2O各有三个位于红外线光带的 区间具有辐射和吸收的本领。气体一般不能做灰体假设； 2. 气体辐射在整个容积中进行，与气体的在容器中的分子数目和容器 的形状和容积有关。
i i
hB hf
i Bi
hB
n B h
1
n B
i 1
i
i
第九章 炉内辐射传热计算
三、理论燃烧温度Tth
理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物 加热达到的温度。1kg燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空 气带入的热量）
Q ef f Qf
100 q3 q4 q6 Qa 100 q4
第九章 炉内辐射传热计算
• 炉内辐射换热就近似为两个灰体之间的辐射换热
– 包围炉膛有效容积的炉墙面，以水冷壁中心线所包围 的平面； – 与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是 水冷壁接受火焰辐射的面积。
第九章 炉内辐射传热计算
qR
0 (T14 T24 )
1
1 2
1
,
kW / m 2
1
syn
1
• 烟气放热量
re B (Qef I ) B VC avT (1 T f ) Q f cal f f cal th Tth kW
• 热平衡：炉内辐射传热量=炉内烟气放热量
14
Bo Bo
syn f
(1 f )
Bcal VC av 3 F 0Tth
第九章 炉内辐射传热计算
三、炉膛出口温度
• 利用伯劳赫的近似公式表示无量纲火焰温度和炉膛出口温度之间的关系， 得到炉膛出口温度计算公式[方法一]
Bo 1/ 3 f [ ] syn Tth 3(1 xm ) f Bo
• 影响炉膛出口烟温的因素
– – – – – – 锅炉负荷（燃料量） 燃料特性 过量空气系数 炉膛结构（水冷壁面积） 受热面的灰污 燃烧器及其布置
第九节 基于苏联1973年炉膛传热计算框架的 方法
一、苏联1973年炉膛传热计算方法[方法二]
– 不考虑炉内火焰的辐射能在向水冷壁面传递过程中辐射强度因介质 的吸收和散射性能导致的减弱。
– 采用炉膛黑度（由火焰黑度1计算）和热有效系数作为计算参数
– 不单独计算炉膛火焰的平均温度，认为火焰平均温度（以无量纲温 度表示）与表征炉膛热负荷的波尔滋曼准则数、炉膛黑度、炉内火 焰最高温度位置和无量纲炉膛出口温度等有关。根据试验数据确定 炉膛出口温度的计算公式。
射辐射后的反射辐射
J Eb (1 )G,
kW / m2
第九章 炉内辐射传热计算
五、两平行平面之间的辐射传热
两物体之间辐射热交换热流
qR
0 (T14 T24 )
1
1 2
1
,
kW / m 2
1
T1、T2 ——高温和低温两个平面的绝对温度；
1 、2 ——两个平面的黑度。
1
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（介质吸收和散 射），两物体之间的辐射热交换热流
qR
0 (T14 T24 )
1 1 1 kR 1 4 1 2
,
kW / m 2
– k总辐射减弱系数，k=(1.251.30)ka，近似取k=1.28ka ； – R炉膛的当量半径；