JP2005148043A - 伝熱物性評価方法と放射エネルギー測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非定常方式の放射エネルギー測定装置を使用し、放射物体を背景放射のある環境から孤立させた後の放射エネルギーの時間変化を測定値と理論値で比較することにより、放射物体の放射率、熱伝導率及び熱拡散率を推定する伝熱物性推定方法である。
【選択図】図1
Description
本発明の課題は、高温雰囲気下において測定が困難な付着灰の伝熱物性推定方法と放射エネルギー測定装置を提供することであり、得られた伝熱物性、特に輻射物性(灰放射率)に関する知見を火炉内伝熱評価に反映することによりボイラなどの性能予測技術を向上させることにある。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
d:代表寸法[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
の理論値との一致度が高いときの放射率(I(Ts)/Ib(Ts))を前記放射物体の放射率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法である。
R:代表半径[m]以外は、前記式(4)で定義したとおりである。
また、放射物体が無限平板ではなく、無限円柱又は球に近似できる場合も本発明に属する。この場合、式(3)の代わりにそれぞれ式(5)又は(6)を用いる(請求項5又は請求項6)。
また、放射物体が無限平板ではなく、無限円柱又は球に近似できる場合も本発明に属する。この場合、式(3)の代わりにそれぞれ式(5)又は(6)を用いる(請求項8又は請求項9)。
(1)ボイラなどの燃焼灰が生成する高温炉のメンテナンスコストを従来より下げることができる。
(2)ボイラなどの燃焼灰が生成する高温炉の技術信頼性が高くなる。
(3)燃焼灰の種類が変わっても迅速に対応できる。
本実施例では石炭焚きボイラ火炉内で生成する燃焼灰を例に説明する。
石炭焚きボイラにおける火炉内の伝熱の主要なメカニズムは輻射伝熱であるため、伝熱物性の中でも特に燃焼灰の放射率はボイラ性能を大きく左右する性質である。ここではまず、ボイラ燃焼灰の放射率を非定常方式の放射エネルギー測定装置を用いて推定する方法について述べる。
放射率は、式(1)に示すように試料3の温度Tsにおける放射強度Iと同温度Tsにおける黒体の放射強度Ib(Ts)の比で表され、試料3の温度が既知であることと、試料3からの放射光14のみを測定することの2つが測定上の条件である。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
本実施例では、温度を設定した高温炉10中の試料台11に試料3をセットし、雰囲気温度と試料温度が平衡状態となるまで一定時間放置する。試料台11には試料裏面の温度を測定するための熱電対13が設置されており、試料裏面の温度が一定になった時点で、雰囲気温度と試料温度が平衡になったと見なす。試料温度が平衡となった時点で高温炉1の上部から遮蔽シールド6を挿入し、試料3を覆い周囲から遮蔽する。
試料3が遮蔽シールド6に囲われないで、遮蔽シールド6の挿入孔6aから十分離れた位置にある場合、遮蔽シールド6の挿入前(試料遮蔽前)の放射エネルギーは黒体(放射率=1)の放射エネルギー(式(1)のIb(Ts))に相当する。試料3が遮蔽シールド6で完全に遮蔽された時に試料3の温度低下がなければ(試料温度=Ts)、遮蔽後の放射エネルギーはI(Ts)となり、遮蔽前後の放射エネルギーの比から放射率εが求まる。しかしながら、実際は遮蔽シールド6を挿入した直後から試料温度は低下し、それによって放射エネルギーも低下する。なお、試料温度と放射エネルギーの関係は「プランクの放射則」に従う。これについては後述する。
理論解を求める場合には、試料温度低下を半無限固体の非定常熱伝導によるものとし、遮蔽シールド6による試料3の遮蔽時には試料3の裏面から表面へ熱伝導で周囲の熱が供給され、試料表面から周囲へは熱輻射が放射されるとした。
各時間における試料温度Tsは放射物体の形状により,式(3)あるいは式(5)、式(6)から求めた。
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
d:代表寸法[m]
b:熱伝導率[W/mK]
h::輻射熱伝達率[W/m2K]
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
R:代表半径[m]以外は、前記式(4)で定義したとおりである。
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
放射率ε以外の物性値に既知の値を代入し、測定値と理論解が最も合致する放射率εを算出したところ、酸化鉄では0.87、酸化ニッケルでは0.68となった。
石炭灰は熱伝導率bが低く、試料表面への熱供給が少ないため、遮蔽シールド6による試料3の遮蔽直後からの温度低下が著しい。なお、このときの試料温度Tsはt=0.0sec(遮蔽前)で820℃であったのが、t=1.0sec(遮蔽後)では764℃まで低下した。
3 試料 5 試料台
6 遮蔽シールド 7 放射エネルギー検出器
9 シールド挿入ガイド 10 シールド可動装置
11,13 熱電対 14 放射光
15 反射光
Claims (12)
- 放射物体が無限平板と近似できる場合において、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際に放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)〜(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの放射率(I(Ts)/Ib(Ts))を前記放射物体の放射率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
d:代表寸法[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を無限円柱と近似できる場合において、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際に放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)(2)(5)(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの放射率(I(Ts)/Ib(Ts))を前記放射物体の放射率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
R:代表半径[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を球に近似できる場合において、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際の放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)(2)(6)(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの放射率(I(Ts)/Ib(Ts))を前記放射物体の放射率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
R:代表半径[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を無限平板と近似できる場合において、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際の放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)〜(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの熱伝導率を前記放射物体の熱伝導率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
d:代表寸法[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を無限円柱と近似できる場合において、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際、放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)(2)(5)(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの熱伝導率を前記放射物体の熱伝導率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
R:代表半径[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を球に近似できる場合、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際の放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)(2)(6)(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの熱伝導率を前記放射物体の熱伝導率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
R:代表半径[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を無限平板と近似できる場合、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際の放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)〜(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの熱拡散率を前記放射物体の熱拡散率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
d:代表寸法[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を無限円柱と近似できる場合、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際の放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)(2)(5)(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの熱拡散率を前記放射物体の熱拡散率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
To:試料初期温度[K]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
R:代表半径[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK]
- 放射物体を球に近似できる場合、背景放射のある環境から放射物体を孤立させ、放射物体の表面要素から光通路に沿って伝播する放射エネルギーを測定する際の放射物体を孤立させた直後からの放射エネルギーの時間変化の測定値と次式(1)(2)(6)(4)から求めた各時間における試料温度Tsの放射強度の理論値との一致度が高いときの熱拡散率を前記放射物体の熱拡散率とすることを特徴とする伝熱物性推定方法。
ε=I(Ts)/Ib(Ts) (1)
h=ε2×σ×ε(To3+To2×T∞+To×T∞2+T∞) (2)
M(λ、Ts)=ε×C1/[λ5×{exp{1/(C2/λ×Ts)-1}}] (4)
I(Ts):試料の温度Tsにおける放射強度
Ib(Ts):黒体の温度Tsにおける放射強度
ε:放射率[−]
σ:ステファンボルツマン定数5.67E−8[W/m2K4]
h:輻射熱伝達率[W/m2K]
ε2:形態係数[−]
T∞:試料周りの媒体温度[K]
R:代表半径[m]
a:熱拡散率[m2/s]
b:熱伝導率[W/mK]
t:時間[sec]
M(λ、Ts):試料からの分光放射強度[W/m3]
λ:波長[m]
C1:放射の第1定数 3.7415E−16[Wm2]
C2:放射の第2定数 0.014388[mK] - 背景放射のある環境から放射物を孤立させる手段と該放射物からの放射エネルギーを検出する放射エネルギー検出器と該放射エネルギー検出器と前記放射物体を結ぶ光通路を他の空間と分離するシールドを備えたことを特徴とする放射エネルギー測定装置。
- 背景放射のある環境から放射物を孤立させる手段は、高温炉であり、シールドは、前記高温炉内に載置された放射物を周囲から遮蔽する位置と開放する位置に移動可能な遮蔽シールドであり、放射エネルギー検出器は、試料から前記シールド内を経由して放射される放射エネルギーを検出する放射エネルギー検出器であることを特徴とする請求項10記載の放射エネルギー測定装置。
- 放射エネルギー検出器と放射物体を結ぶ光通路を他の空間と分離するシールドの内面及び外面に放射率0.1以下の金属を蒸着させることを特徴とする請求項10記載の放射エネルギー測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004029432A JP2005148043A (ja) | 2003-10-22 | 2004-02-05 | 伝熱物性評価方法と放射エネルギー測定装置 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003362274 | 2003-10-22 | ||
JP2004029432A JP2005148043A (ja) | 2003-10-22 | 2004-02-05 | 伝熱物性評価方法と放射エネルギー測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005148043A true JP2005148043A (ja) | 2005-06-09 |
Family
ID=34703125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004029432A Pending JP2005148043A (ja) | 2003-10-22 | 2004-02-05 | 伝熱物性評価方法と放射エネルギー測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005148043A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200016558A (ko) * | 2018-08-07 | 2020-02-17 | 경북대학교 산학협력단 | 온실용 자재의 열특성 측정 시스템 |
KR20210036186A (ko) * | 2019-09-25 | 2021-04-02 | 경북대학교 산학협력단 | 온실용 자재의 열 특성 측정 시스템 |
CN115128119A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-09-30 | 华北电力大学 | 一种液态金属表面发射率的测量装置及方法 |
-
2004
- 2004-02-05 JP JP2004029432A patent/JP2005148043A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200016558A (ko) * | 2018-08-07 | 2020-02-17 | 경북대학교 산학협력단 | 온실용 자재의 열특성 측정 시스템 |
KR102086330B1 (ko) | 2018-08-07 | 2020-03-09 | 경북대학교 산학협력단 | 온실용 자재의 열특성 측정 시스템 |
KR20210036186A (ko) * | 2019-09-25 | 2021-04-02 | 경북대학교 산학협력단 | 온실용 자재의 열 특성 측정 시스템 |
KR102255698B1 (ko) | 2019-09-25 | 2021-05-26 | 경북대학교 산학협력단 | 온실용 자재의 열 특성 측정 시스템 |
CN115128119A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-09-30 | 华北电力大学 | 一种液态金属表面发射率的测量装置及方法 |
CN115128119B (zh) * | 2021-11-03 | 2023-08-04 | 华北电力大学 | 一种液态金属表面发射率的测量装置及方法 |
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JPS6222089B2 (ja) |
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