灰渣的有效光学常数及辐射特性.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 ， 编号：073333 灰渣的有效光学常数及辐射特性 殷金英刘林华 (哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院 黑龙江哈冬滨 150001) 电话：045 lE—mail：1hliu@hit．edu．cn 摘要：本文基于有效介质理论，分别采用MaXwell 数和辐射特性参数，并与Goodwin所测量的实验值进行比较，结果表明有效介质理论适合于计算灰渣 的光学常数和辐射参数，针对本文所计算的灰渣的成分和含量，Bmggeman理论计算的数值与实验数 据吻合的更好，与理论上分析一致。 关键词：辐射特性；有效光学常数；灰渣 1引言 现代大型煤粉炉内，存在着大量的颗粒介质。在煤颗粒燃烧过程中产生大量的粒子1 形态的燃烧产物(如焦炭、炭黑、飞灰等)将参与辐射换热，且这些粒子的辐射能力远强 于气体(C02、水蒸气等)。因此，煤灰粒子的辐射特性是研究炉内辐射传热过程不可缺 少的重要参数之一。针对煤灰粒子的辐射特性，国内外ll卫’3J已经作了大量的研究，大体。 的研究方法有都是基于理论或实验。大部分研究者是利用反演理论得出粒子复折射率， 再基于Mie理论或其近似理论，假定颗粒为理想均匀的球体，由颗粒的光学常数和尺寸 参数计算得到颗粒的辐射特性参数。众所周知，实际微粒的结构和成分是复杂的，存在 多种成分。例如灰渣、飞灰就是多种成分组成的物质。探寻可行的考虑颗粒结构特征的 工程计算模型．，对于正确理解和描述实际颗粒的辐射特性具有重要的意义。 本文基于有效介质理论，计算出了灰渣的随波长变化的有效复折射率，进而计算出 出散射因子、吸收因子辐射特性参数。 ’％簟门巳辕 叩 式中g=∑研为掺杂物的总体积份额。 对丁．逝机混合的儿种媒质，即个媒质边界无规则形状的情形，常采用Bruggeman 763 方程确定有效光学常数，Bruggeman‘41理论即取(1)式中的％=乞此时有： 军研箍一。 (2) 式中岛即为有效介电常数。 在电磁理论中，对于非铁磁性物质的介电常数与复折射率有如下的关系： 占=朋2 (3) 由占=s’+拓”及历=刀+藏，和介电函数与行、七的关系，可得出聆，七： 门2一后2=占 (4) 2心忌=s (5) 3灰渣的有效光学常数 以上两种有效介质理论各有其适用条件：MG理论认为一组分的颗粒嵌埋于另一组 分的基体中∥掺杂物颗粒之间不能形成联通结构，因而其适用于掺杂物所占的份额较小 的情况：而BrI．199emall模型适合描述两种组分含量相近的复合体系的介电性质，即物质 问随机分布相互混合，甚至形成聚集结构。 本文分别采用MG‘理论和BmggemaIl理论分别计算了灰渣的随波长变化的有效折射 率以和有效消光系数七。图1和2给出了计算结果和实验数据的对比，图中的实验数据 CaO，Fe203，各自百分含量为55．37，27．63，16．15，O．850 从图I中可以看出有效介质理论基本上能模拟出多元组分灰渣的有效折射率，MG 和Bruggeman两种理论在趋势上都准确地和实验数据基本吻合，在峰值附近还是 Bruggelnan理论的数值更接近实验数据。 、 n 图1不同理论的有效折射