水蒸汽非灰辐射光谱吸收系数Ξ董士奎,刘林华,谈和平,余其铮(哈尔滨工业大学能源学院,哈尔滨150001)摘要:辐射显著影响燃烧的化学动力学和火焰结构。火焰燃烧辐射传输问题的计算,需要考虑气体辐射的非灰特性。辐射传输方程微分方法的近似解通常以吸收系数为基本参数。基于此,研究了总压011MPa,分压010～011MPa,压力行程0101～110MPa·m,温度300～2500K水蒸汽的光谱辐射特性。由Edwards指数宽波带模型进一步简化,得到了计算水蒸汽各个谱带辐射特性参数,包括谱带光谱吸收系数,谱带上、下限波数的简单模型。关键词:非灰体辐射;水蒸汽;谱带光谱吸收系数中图分类号:TK123,TN21文献标识码:A文章编号:100628740(2001)0420256205Non-grayRadiativeSpectralAbsorptionCoefficientofWaterVaporDONGShi2kui,LIULin2hua,TANHe2ping,YüQi2zheng(SchoolofEnergyScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Thermalradiationhasaremarkableinfluenceonchemicaldynamicsofcombustionandstructureofflamebecauseitaffectsdirectlyontemperature.Thenon2graypropertyofgasradiationmustbeconsideredwhenthera2diationenergytransportofflamecombustioniscalculated.Inapproximatecalculationofradiationtransportdiffer2entialequationabsorptioncoefficientisafundamentalparameter.Basedonthis,whenthetotalpressureis0.1MPa,spectralradiativepropertiesofwatervaporareinvestigatedinagastemperaturerangeof300～2500K,apressurepathlengthrangeof0.01～1.0MPa·mandpartialpressurerang0.0～0.1MPa.BysimplifyingtheEd2wardsexponentialwide2bandmodel,spectralparametersofbandsradiativeproperties(includingbandspectralab2sorptioncoefficient,upperandlowerbandlimits)areobtained.Keywords:non2grayradiation;watervapor;bandspectralabsorptioncoefficient许多燃烧碳氢燃料的场合,如飞行器发动机尾喷焰、锅炉炉膛、燃气轮机燃烧室、内燃机燃烧室,水蒸汽是一种主要的吸收发射性气态产物。随着燃气温度提高,辐射热传递成为其中重要或主要的换热方式。因此,高温气体非灰辐射传输问题日益受到重视[1～5],其中,重点之一是如何处理气体辐射的光谱选择性(即非灰特性)和非布格尔效应[6]。目前气体辐射传递方程解法中,考虑气体非灰辐射性质的有两类方式:一类是微分形式,以光谱吸收系数表示气体的辐射特性,用逐线计算法[7]计算其物性,这类方法适用于任何一种辐射传递方程解法,能避免非布格尔效应,并适用于具有散射的辐射传递问题;另一类是积分形式,用穿透率或发射率表示气体的辐射特性,一般用谱带模型或者灰气体加权和模型[8]方法求此类物性,这是一类较早的方法,目前传统工程中用的较多,对具有散射的辐射传递问题及近期一些新的传递方程与前一种方法比较,适用性较差。对非灰气体辐射特性采取单一灰气体假设在大多数情况下是错误的,灰气体加权和模型比单一灰气体模型有了进步,它是以实验加经验的Hottel线算图为第7卷(2001)第4期燃烧科学与技术JOURNALOFCOMBUSTIONSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.7(2001)No.4Ξ收稿日期:2000204230;修回日期:2000210213。基金项目:国防科技预研基金资助项目(99J31411HT0109)。第一作者简介:(1972-),男,博士研究生。基础,并能与辐射传递方程的区域法解法相适应,但其原理本身不符合气体辐射机理,无法应用于精确的辐射传热分析。符合气体辐射机理的是以量子力学和光谱学为理论基础的逐线计算法和谱带模型法,较广应用的谱带模型有Goody[9]的统计窄波带模型和Ed2wards[10]指数宽波带模型,但是谱带模型给出的是穿透率或发射率,这降低了它们与各种传输问题解法的适应性。采用吸收系数更容易与各种辐射传输方程解法相适应,特别涉及到粒子的散射问题[11]时,一般给出的是粒子的衰减系数,所以要与之相适应,气体的辐射特性也应当用吸收系数表示。目前计算吸收系数的方法有两种:一种是由量子力学和光谱学理论逐线直接计算,需要很大的光谱参数(谱线强度S(Μ0),谱线半宽Χ及谱线位置Μ0等)数据库,且计算耗时太多,不利于工程应用;另一种是由发射率或穿透...
