Анотація: В умовах інтенсифікації технологічних процесів, розробки й освоєння нової техніки, істотне значення одержують заходи, спрямовані на забезпечення функціональної здатності конструктивних елементів, що працюють в області високотемпературних і інтенсивних теплових навантажень. Конструктивні елементи, що працюють у таких умовах, вимагають, як правило, ефективних засобів теплового захисту, таких як випарне охолодження елементів.
Підвищення ефективності випарного охолодження в порівнянні з чисто конвективним зв'язано з фазовим перетворенням охолоджуваного середовища в охолодному контурі, що йде з великим поглинанням тепла і практично при постійній температурі, близької до температури насичення. Розрахунок параметрів випарного охолодження конструктивних елементів зв'язаний з цілим комплексом розрахунків, що включають:
- розрахунок складу атмосфери в робочому просторі агрегату;
- розрахунок теплофізичних і радіаційно-оптичних характеристик атмосфери;
- розрахунок характеристик радиіаційно-конвективного теплообміну охолоджуваного елемента;
- розрахунок теплопередачі через робочі поверхні охолоджуваного елемента;
- визначення режиму фазового переходу при випарному охолодженні.
Рішення такої комплексної задачі ускладнюється нелінійністю її постановки: "внутрішньої" і "зовнішньої". Внутрішня нелінійність постановки визначається залежністю теплофізичних характеристик матеріалу конструктивних елементів від температури. "Зовнішня" - наявністю в якості складового радіаційного теплообміну.

У технологічних процесах металургії при виплавці сталі, при обробці злитків у нагрівальних колодязях та ін. відбувається інтенсивний теплообмін між продуктами згоряння і поверхнями твердих тіл, основна частина якого приходиться на променистий теплообмін. Основний склад продуктів згоряння - це вуглекислий газ, пари води й азот. З цих газів визначальними в теплообміні є трьохатомні - і , а двохатомні - практично діатермічні й у розрахунках можуть не враховуватися. У літературі наводяться дані по цих газах в основному у виді номограм і при використанні комп'ютерних технологій вони не зручні, а аналітичні залежності, отримані різними авторами, мають погрішність , що досягає десятків відсотків, наприклад:

1. Казанцев Є. І.

, Вт/м²;

2. Помєранцев А. А.

, Вт/м²;

, Вт/м².

Пропонується нова обробка діаграм, що за допомогою методу найменших квадратів апроксимує криві з погрішністю 0,01%. Аналітична залежність представлена у виді , де , і - коефіцієнти, що залежать від pl, причому для вуглекислого газу , ; для водяної пари , .

Визначення параметрів променистого теплообміну виконано для температур газу (Т_г) 500, 750, 1000, 1250, 1500 К по формулам Казанцева Є. І., Померанцева А. А. при використанні діаграм і по пропонованому варіанту. Визначався коефіцієнт теплообміну випромінюванням для продуктів згоряння палива щодо горизонтального теплообмінника парового казана. Діаметр трубки D = 45 мм. Ступінь чорності поверхні з температурою поверхні . Склад газу 14%, 4%, інше .

де = 5,67·10^-8 Вт/м²К⁴ – постійна Больцмана;

, ,

де - ступінь чорноти суміши газів СО₂ і Н₂О;

де - коефіцієнт теплообміну випромінюванням.

Результати приведені в таблиці 1

Таблиця 1 – Розрахункові значення коефіцієнта теплообміну випромінюванням

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

Результати чисельного аналіза показали, що пропоновані співвідношення найбільш близкі до точного рішення і найкращим чином пригодні при використанні комп'ютерних технологій. Узагальнюючи, отримуємо для задачі на різноманітні комплекси

;

; .