Аннотация: В условиях интенсификации технологических процессов, разработки и освоения новой техники, существенное значение получают мероприятия, направленные на обеспечение функциональной способности конструктивных элементов, работающих в области высоких температурных и интенсивных тепловых нагрузок. Конструктивные элементы, работающие в таких условиях, требуют, как правило, эффективных средств тепловой защиты является испарительное охлаждение защищаемых элементов.

Повышение эффективности испарительного охлаждения по сравнению с чисто конвективным связано с фазовым превращением охлаждающей среды в охлаждающем контуре, которое идет с большим поглощением тепла и практически при постоянной температуре, близкой к температуре насыщения. Расчет параметров испарительного охлаждения конструктивных элементов связан с целым комплексом расчетов, включающих:

- расчет состава атмосферы в рабочем пространстве агрегата;

- расчет теплофизических и радиационно-оптических характеристик атмосферы;

- расчет характеристик радиационно-конвективного теплообмена охлаждающего элемента;

- расчет теплопередачи через рабочие поверхности охлаждаемого элемента;

- определение режима фазового перехода при испарительном охлаждении.

Решение такой комплексной задачи осложняется нелинейностью ее постановки: "внутренней" и "внешней". Внутренняя нелинейность постановки определяется зависимостью теплофизических характеристик материала конструктивных элементов от температуры. "Внешняя" - наличием в качестве составляющего радиационного теплообмена.

В технологических процессах металлургии при выплавке стали, при обработке слитков в нагревательных колодцах и др. происходит интенсивный теплообмен между продуктами сгорания и поверхностями твердых тел, основная часть которого приходится на лучистый теплообмен. Основной состав продуктов сгорания – это углекислый газ, пары воды и азот. Из этих газов определяющими в теплообмене являются трехатомные - и , а двухатомные – практически диатермичны и в расчетах могут не учитываться. В литературе приводятся данные по этим газам в основном в виде номограмм (рисунки 1,2,3,4) и при использовании компьютерных технологий они не удобны, а аналитические зависимости, полученные различными авторами, имеют погрешность , достигающую десятков процентов, например:

1. Казанцев Е. И.

, Вт/м²;

2. Померанцев А. А.

, Вт/м²;

, Вт/м².

Предлагается новая обработка диаграмм, которая при помощи метода наименьших квадратов аппроксимирует кривые с погрешностью 0,01%. Аналитическая зависимость представлена в виде , где , и – коэффициенты, зависящие от pl, причем для углекислого газа , ; для водяного пара , .

Определение параметров лучистого теплообмена выполнено для температур газа (Т_г) 500, 750, 1000, 1250, 1500 К по формулам Казанцева Е. И., Померанцева А. А. при использовании диаграмм и по предлагаемому варианту. Определялся коэффициент теплообмена излучением для продуктов сгорания топлива относительно горизонтального теплообменника парового котла. Диаметр трубки D = 45 мм. Степень черноты поверхности с температурой поверхности . Состав газа 14% , 4% , остальное .

где = 5,67·10^-8 Вт/м²К⁴ – постоянная Больцмана;

, ,

где - степень черноты смеси газов СО₂ и Н₂О;

где - коэффициент теплообмена излучением.

Результаты приведены в таблице 1

Таблица 1 – Расчетные значения коэффициента теплообмена излучением

Т_г, К	500	750	1000	1250	1500
1. Казанцев	15,00	71,94	84,13	94,19	98,23
2. Померанцев	1,20	22,15	43,20	161,40	189,30
3. Номограммы	0,73	1,29	73,20	91,20	114,0
4. Предл. вариант	0,732	1,29	73,24	91,12	114,08

Таким образом, результаты численного анализа показали, что предлагаемые соотношения наиболее близки к точному решению и наилучшим образом пригодны при использовании компьютерных технологий. Обобщая, получим для упомянутой задачи на различные комплексы , получим

;

; .