RU2497044C1 - Source of directed infrared radiation - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: source of directed infrared radiation includes a radiator arranged in the focus of a parabolic reflector. The radiator is made in the form of a hollow ball from a porous intermetallide - aluminium/nickel or porous ceramics on the basis of silicon carbide. The inner cavity of the ball is a mixer of gaseous components of a fuel mixture. The radiator is limited with a double-layer spherical shell with various porosity of layers. Fuel components into a mixer are supplied via a nozzle in the form of coaxial tubes, at the ends of which there are tangential channels with opposite direction of twisting. Materials, porosity, specific size of pores and thickness of shell layers are selected from the condition of provision of stable flameless combustion of the fuel mixture in the outer shell with absence of frame breakthrough in the central cavity of the radiator.

EFFECT: even heating of remote objects by directed infrared radiation with high efficiency of combustion of gaseous fuel.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к радиационным излучающим горелкам, и может быть использовано в различных теплоэнергетических установках с высокими технико-экономическими характеристиками, например, в бытовых и промышленных нагревателях направленного действия, сушилках, печах и т.д.The invention relates to the field of power engineering, in particular to radiation emitting burners, and can be used in various heat power plants with high technical and economic characteristics, for example, in domestic and industrial directional heaters, dryers, furnaces, etc.

В настоящее время известно большое количество конструкций газовых горелок, в которых используется процесс теплопередачи от нагревательного элемента к нагреваемому объекту за счет инфракрасного излучения.Currently, there are a large number of designs of gas burners that use the heat transfer process from the heating element to the heated object due to infrared radiation.

Известна радиационная горелка [1], содержащая корпус с перфорированной крышкой, снабженный в выходном участке излучающей насадкой, установленной в нем с образованием распределительной камеры и подключенный к последней инжекционный смеситель. Тепловая энергия от сгорания топлива в излучающей насадке распределяется в основном между тепловым излучением поверхности насадки и нагретыми газообразными продуктами сгорания.Known radiation burner [1], comprising a housing with a perforated lid, equipped with an emitting nozzle installed in it with the formation of a distribution chamber and connected to the last injection mixer. The thermal energy from the combustion of fuel in the emitting nozzle is distributed mainly between the thermal radiation of the nozzle surface and the heated gaseous products of combustion.

Известна горелка инфракрасного излучения, содержащая корпус, примыкающий к нему рефлектор, инжектор в виде сопла в области входного участка трубки смешения, отражатель, расположенный напротив выходного среза трубки смешения, керамическую излучающую насадку с плоскими входной и излучающей поверхностями и сетку-экран [2]. Сгорание топливной смеси происходит в зоне внутри каналов и на поверхности излучающей насадки с дожиганием несгоревших составляющих в области между керамической насадкой и сеткой-экраном. Применение сетки-экрана увеличивает радиационный КПД горелки.Known infrared burner, comprising a housing adjacent to it a reflector, an injector in the form of a nozzle in the region of the inlet portion of the mixing tube, a reflector located opposite the output cut of the mixing tube, a ceramic radiating nozzle with flat inlet and radiating surfaces and a screen mesh [2]. The combustion of the fuel mixture occurs in the area inside the channels and on the surface of the emitting nozzle with the afterburning of unburned components in the area between the ceramic nozzle and the screen mesh. The use of a mesh screen increases the radiation efficiency of the burner.

Известен инфракрасный излучатель [3], изготовленный из каталитически активной керамики с радиальным подводом смеси газов, позволяющий получить высокую температуру излучающей поверхности и устойчивый поток излучения.Known infrared emitter [3], made of catalytically active ceramics with a radial supply of a mixture of gases, which allows to obtain a high temperature of the emitting surface and a stable radiation flux.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является радиационная горелка [4], содержащая корпус со смесителем на его входе, излучатель (пористая пластина, обеспечивающая режим беспламенного горения топливной смеси), примыкающий к корпусу рефлектор с окнами для удаления продуктов сгорания, и трансформатор тепла - экран, изготовленный из непрозрачного или частично прозрачного для инфракрасного излучения материала.The closest technical solution to the claimed invention is a radiation burner [4], comprising a housing with a mixer at its inlet, an emitter (a porous plate providing flameless combustion of the fuel mixture), a reflector adjacent to the housing with windows for removing combustion products, and a heat transformer a screen made of a material which is opaque or partially transparent to infrared radiation.

Данное техническое решение направлено на обеспечение максимального нагрева экрана, непосредственно примыкающего к рефлектору, и не обеспечивает эффективный нагрев объектов, удаленных от радиационной горелки.This technical solution is aimed at ensuring maximum heating of the screen directly adjacent to the reflector, and does not provide efficient heating of objects remote from the radiation burner.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание источника направленного инфракрасного излучения с высокими экономическими и эксплуатационными характеристиками, обеспечивающего эффективный нагрев удаленных от источника объектов за счет получения слабо расходящегося потока теплового излучения.The technical result of the invention is the creation of a source of directional infrared radiation with high economic and operational characteristics, which ensures efficient heating of objects remote from the source by obtaining a slightly diverging stream of thermal radiation.

Технический результат достигается тем, что разработанный источник направленного инфракрасного излучения включает излучатель из пористого материала и рефлектор в виде параболоида вращения. Излучатель, выполненный в виде полого шара из пористого интерметаллида или пористой керамики, расположен в фокусе рефлектора. Смесителем компонентов газообразного топлива является внутренняя полость излучателя, ограниченная двухслойной сферической оболочкой с разной пористостью слоев, в которую через патрубок подаются компоненты топлива. Размеры нагреваемого тела, рефлектора и излучателя связаны соотношениямиThe technical result is achieved in that the developed source of directional infrared radiation includes an emitter of porous material and a reflector in the form of a paraboloid of revolution. The emitter, made in the form of a hollow ball of porous intermetallic or porous ceramics, is located in the focus of the reflector. The mixer of the gaseous fuel components is the internal cavity of the emitter, bounded by a two-layer spherical shell with different porosity of the layers, into which the fuel components are fed through the pipe. The dimensions of the heated body, reflector and emitter are related by the relations

2r₀=D, $$x_0=\frac{r_0^2}{2p}$$

, R≤p/32r ₀ = D, $$x_0=\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="r"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">r</figure-callout>}}_0^2}{2p}$$

, R≤p / 3

а пористость, характерный размер пор и толщина слоев оболочки составляютand porosity, characteristic pore size and thickness of the shell layers are

ε₁=60÷65%,ε ₁ = 60 ÷ 65%, ε₂=90÷95%,ε ₂ = 90 ÷ 95%, ∆₁=0.2÷0.5 мм,∆ ₁ = 0.2 ÷ 0.5 mm, ∆₂=2÷5 мм,∆ ₂ = 2 ÷ 5 mm, δ₁=5÷7 мм,δ ₁ = 5 ÷ 7 mm, δ₂=10÷15 мм,δ ₂ = 10 ÷ 15 mm

где D - характерный размер нагреваемого тела;where D is the characteristic size of the heated body;

r₀ - радиус выходного сечения рефлектора;r ₀ is the radius of the output section of the reflector;

x₀ - расстояние по оси от вершины параболоида до его выходного сечения;x ₀ is the distance along the axis from the top of the paraboloid to its output section;

p - фокусное расстояние параболоида;p is the focal length of the paraboloid;

R - внешний радиус излучателя,R is the outer radius of the emitter,

ε₁, ε₂ - пористость внутреннего и внешнего слоя соответственно;ε ₁ , ε ₂ - porosity of the inner and outer layer, respectively;

∆₁, ∆₂ - характерный размер пор внутреннего и внешнего слоя соответственно;∆ ₁ , ∆ ₂ - the characteristic pore size of the inner and outer layer, respectively;

δ₁, δ₂ - толщина внутреннего и внешнего слоя соответственно.δ ₁ , δ ₂ - the thickness of the inner and outer layer, respectively.

Патрубок, подводящий компоненты топлива во внутреннюю полость излучателя, выполнен в виде двух коаксиальных трубок, на концах которых расположены тангенциальные каналы с противоположным направлением закрутки.A pipe supplying fuel components to the internal cavity of the emitter is made in the form of two coaxial tubes, at the ends of which there are tangential channels with an opposite twist direction.

Для достижения высоких параметров радиационной теплоотдачи излучатель выполнен из интерметаллида алюминий/никель или пористой керамики на основе карбида кремния.To achieve high parameters of radiation heat transfer, the emitter is made of aluminum / nickel intermetallic or porous ceramics based on silicon carbide.

Достижение положительного эффекта настоящего изобретения обусловлено следующими факторами.The achievement of the positive effect of the present invention is due to the following factors.

1. Сферическая форма поверхности излучателя обеспечивает равномерный поток теплового излучения в радиальном направлении. Полость излучателя служит камерой для смешения компонентов топлива.1. The spherical shape of the surface of the emitter provides a uniform flow of thermal radiation in the radial direction. The emitter cavity serves as a chamber for mixing fuel components.

2. Пористая поверхность имеет достаточно высокую излучательную способность (степень черноты) [5]. Поэтому использование пористой структуры внешней нагретой поверхности излучателя приводит к достаточно высоким значениям параметров преобразования тепловой энергии поверхности излучателя, нагретой в процессе сгорания топливной смеси, в поток лучистой энергии (высоким КПД теплоотдачи).2. The porous surface has a sufficiently high emissivity (degree of blackness) [5]. Therefore, the use of the porous structure of the external heated surface of the emitter leads to rather high values of the parameters for converting the thermal energy of the surface of the emitter heated during the combustion of the fuel mixture into a stream of radiant energy (high heat transfer efficiency).

Из экспериментальных данных, приведенных в работе [6], следует, что излучательная способности пиролитического карбида кремния в интервале температурь от 1200 К до 2800 К, находится в диапазоне соответственно от 0,82 до 0,96. Применение данного материала при изготовлении излучателя позволяет достигать высоких значений КПД излучателя даже для гладких нагретых поверхностей.From the experimental data given in [6], it follows that the emissivity of pyrolytic silicon carbide in the temperature range from 1200 K to 2800 K is in the range from 0.82 to 0.96, respectively. The use of this material in the manufacture of the emitter allows you to achieve high values of the efficiency of the emitter even for smooth heated surfaces.

3. Благодаря своей геометрии излучатель может рассматриваться как точечный источник. Расположение сферического излучателя в фокусе параболоида позволяет лучам от нее согласно законам геометрической оптики [7, 8], отражаясь от рефлектора следовать параллельно его оси симметрии. В результате получается слаборасходящийся тепловой луч с равномерно распределенной по сечению плотностью теплового потока.3. Due to its geometry, the emitter can be considered as a point source. The location of the spherical emitter in the focus of the paraboloid allows the rays from it according to the laws of geometric optics [7, 8], being reflected from the reflector to follow parallel to its axis of symmetry. The result is a slightly diverging heat ray with a uniformly distributed heat flux density over the cross section.

4. Для рассмотрения излучателя как точечного источника требуется, чтобы его радиус R был значительно меньше расстояния фокусного расстояния параболоида (R<<p). Однако оценочные расчеты показали, что при соотношения R<р/3 выполнение условия рассмотрения излучателя как точечного источника выполняются с достаточной точностью.4. To consider the emitter as a point source, it is necessary that its radius R be significantly less than the focal length of the paraboloid (R << p). However, evaluative calculations showed that for the ratio R <p / 3, the conditions for considering the emitter as a point source are satisfied with sufficient accuracy.

5. Полное сгорание топливной смеси происходит в области более крупных пор наружной сферической оболочки, что обеспечивает нагрев наружной поверхности излучателя до высокой температуры. Меньший размер пор внутреннего слоя препятствуют проскоку пламени в камеру смешения. Результаты экспериментальных работ [9, 10] позволили определить диапазоны ε, ∆, δ для каждого из слоев оболочки:5. Complete combustion of the fuel mixture occurs in the region of larger pores of the outer spherical shell, which ensures that the outer surface of the emitter is heated to a high temperature. Smaller pores of the inner layer prevent the passage of flame into the mixing chamber. The experimental results [9, 10] made it possible to determine the ranges ε, ∆, and δ for each of the shell layers:

ε₁=60÷65%,ε ₁ = 60 ÷ 65%, ε₂=90÷95%,ε ₂ = 90 ÷ 95%, ∆₁=0.2÷0.5 мм,∆ ₁ = 0.2 ÷ 0.5 mm, ∆₂=2÷5 мм,∆ ₂ = 2 ÷ 5 mm, δ₁=5÷7 мм,δ ₁ = 5 ÷ 7 mm, δ₂=10÷15 мм,δ ₂ = 10 ÷ 15 mm

Эти параметры пор обеспечивают устойчивое беспламенное горение топливной смеси в области пор внешнего сферического слоя излучателя и отсутствие проскока пламени через поры внутреннего слоя в область смешения газов его центральной полости.These pore parameters provide stable flameless combustion of the fuel mixture in the pore region of the outer spherical layer of the emitter and the absence of flame penetration through the pores of the inner layer into the gas mixing region of its central cavity.

6. При истечении из патрубка через противоположно направленные тангенциальные каналы струи компонентов топлива взаимодействуют друг с другом. Благодаря встречному вихревому движению перемешивание компонентов топливной смеси происходит более быстро и полно [11].6. When flowing out of the pipe through oppositely directed tangential channels, the jets of fuel components interact with each other. Due to the oncoming vortex motion, the mixing of the components of the fuel mixture occurs more quickly and fully [11].

Пример реализации данного изобретения приведен на Фиг.1. и Фиг.2. На Фиг.1 представлена общая схема источника направленного инфракрасного излучения. Цифрами обозначено: 1 - излучатель; 2 - параболический рефлектор; 3 - подводящий патрубок для компонентов топливной смеси. На разрезе (А-А) показаны основные размеры излучателя: δ₁, δ₂ - толщины сферических слоев оболочки, R - внешний радиус. Более подробно схема патрубка в районе полости излучателя представлена на Фиг.2. Цифрами обозначено: 1 - внешний сферический слой; 2 - внутренний сферический слой; 3 - полость для смешения компонентов топливной смеси (смеситель); 4 - трубка для подачи горючего газа; 5 - трубка для подачи воздуха. На разрезах (А-А) и (В-В) соответственно показаны тангенциальные каналы, через которые происходит истечение газов во внутреннюю полость излучателя, и схемы движения компонентов топлива непосредственно в смесителе.An example implementation of the present invention is shown in Fig.1. and FIG. 2. Figure 1 presents a General diagram of a source of directional infrared radiation. The numbers indicate: 1 - emitter; 2 - parabolic reflector; 3 - inlet pipe for components of the fuel mixture. The section (A-A) shows the main dimensions of the emitter: δ ₁ , δ ₂ are the thicknesses of the spherical layers of the shell, R is the outer radius. A more detailed diagram of the pipe in the region of the emitter cavity is shown in FIG. 2. The numbers indicate: 1 - outer spherical layer; 2 - inner spherical layer; 3 - a cavity for mixing the components of the fuel mixture (mixer); 4 - a pipe for supplying combustible gas; 5 - tube for air supply. The sections (A-A) and (B-B) respectively show the tangential channels through which the outflow of gases into the internal cavity of the emitter, and the motion diagrams of the fuel components directly in the mixer.

Нарушение параллельного следования наблюдается для лучей, которые достигают выходного сечения рефлектора, минуя его поверхность. На Фиг.3 представлена геометрическая схема меридионального сечения рассматриваемого устройства. Сферический излучатель помещен в фокус параболы, образующая которой описываемой зависимостью [7]:Violation of parallel repetition is observed for rays that reach the output section of the reflector, bypassing its surface. Figure 3 presents a geometric diagram of the meridional section of the device in question. The spherical emitter is placed in the focus of the parabola, forming which is described by the dependence [7]:

$$r=\sqrt{2p\cdot x}$$

, $$r=\sqrt{2p\cdot x}$$

,

где х, r - аксиальная и радиальная координаты; х=р - координата фокуса (фокусное расстояние) параболоида, отсчитанная от вершины параболы (х=0) в направлении координатной оси х, D - характерный размер нагреваемого тела.where x, r - axial and radial coordinates; x = p is the focus coordinate (focal length) of the paraboloid, counted from the top of the parabola (x = 0) in the direction of the x coordinate axis, D is the characteristic size of the heated body.

Телесный угол, внутри которого лучи от фокуса, минуя рефлектор, направлены в виде расходящегося пучка, в меридиональном сечении соответствует плоскому углу 2ω на Фиг.3. Угол ω связан с геометрическими характеристиками рефлектора зависимостьюThe solid angle, inside which the rays from the focus, bypassing the reflector, are directed in the form of a diverging beam, in the meridional section, corresponds to a flat angle 2ω in Fig. 3. The angle ω is related to the geometric characteristics of the reflector by the dependence

$$\omega =arctg\left(\frac{r_0}{x_0-p}\right)=arctg\left(\frac{\sqrt{2\cdot p\cdot x_0}}{x_0-p}\right)$$

, $$\omega =arctg\left(\frac{r_0}{x_0-p}\right)=arctg\left(\frac{\sqrt{2\cdot p\cdot x_0}}{x_0-p}\right)$$

,

где $$x_0=\frac{r_0^2}{2\cdot p}$$

- координата выходного сечения рефлектора (Фиг.3).Where $$x_0=\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="r"\; filenames="00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">r</figure-callout>}}_0^2}{2\cdot p}$$

- coordinate of the output section of the reflector (Figure 3).

Доля лучистой энергии n, распространяющаяся внутри соответствующего телесного угла и нарушающая параллельный ход лучей, соответствует отношению площади поверхности шарового сегмента S_ω, опирающегося на телесный угол, соответствующий в меридиональном сечении плоскому углу 2·ω, ко всей поверхности сферы S [7]:The fraction of radiant energy n that propagates inside the corresponding solid angle and violates the parallel path of the rays corresponds to the ratio of the surface area of the spherical segment S _ω , based on the solid angle corresponding in the meridional section to the flat angle 2 · ω, to the entire surface of the sphere S [7]:

$$n=\frac{S_{\omega }}{S}=\frac{2R^2\left(1-cos\omega \right)}{4\pi \text{}R}=\frac{\left(1-cos\omega \right)}{2}$$

. $$n=\frac{S_{\omega }}{S}=\frac{2R^2\left(\mathrm{one}-cos\omega \right)}{\mathrm{four}\pi \text{A.}R}=\frac{\left(\mathrm{one}-cos\omega \right)}{2}$$

.

Приведенные зависимости строго выполняются при условии рассмотрения излучателя как точечного источника. Предварительные расчеты по методике [8] показали, что с удовлетворительной точностью эти зависимости можно использовать приThe above dependences are strictly fulfilled provided that the emitter is considered as a point source. Preliminary calculations by the method of [8] showed that, with satisfactory accuracy, these dependences can be used for

$$R\le \frac{p}{3}$$

. $$R\le \frac{\mathrm{<figure-callout\; id="3"\; label="p"\; filenames="00000014.png,00000015.png"\; state="\{\{state\}\}">p</figure-callout>}}{3}$$

.

Приведенные зависимости позволяют по характерному размеру нагреваемого тела (например, по диаметру нагреваемой пластины D, приведенной на Фиг.3) определить радиус выходного сечения рефлектора $$\left(r\approx \raisebox{1ex}{$D$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.\right)$$

. Доля лучистой энергии, направленной параллельно оси симметрии рефлектора, и определяющая поверхность равномерного нагрева $$(\frac{S_{\omega }}{S}=\frac{\left(1-cos\omega \right)}{2})$$

, определяется выбором фокусного расстояния р. При малых значениях угла ω направление лучей внутри этого угла от излучателя к выходному сечению рефлектора мало отличается от параллельного, а достижение необходимых значений со определяется выбором x₀ и p.The above dependencies make it possible to determine the radius of the outlet cross section of the reflector by the characteristic size of the heated body (for example, by the diameter of the heated plate D shown in Figure 3) $$\left(r\approx \raisebox{1ex}{$D$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.\right)$$

. The fraction of radiant energy directed parallel to the axis of symmetry of the reflector, and the defining surface of uniform heating $$(\frac{S_{\omega }}{S}=\frac{\left(\mathrm{one}-cos\omega \right)}{2})$$

is determined by the choice of the focal length p. For small values of the angle ω, the direction of the rays inside this angle from the emitter to the output section of the reflector differs little from parallel, and the achievement of the necessary values of c is determined by the choice of x ₀ and p.

Пример расчета 1.Calculation example 1.

Рассмотрим выбор геометрических характеристик рефлектора для нагрева объекта с характерным размером D=300 мм. Выберем радиус излучателя R=30 мм. Выбор радиуса излучателя обусловлен минимальными размерами двухслойной сферической оболочки (δ₁=5 мм, δ₂=10 мм), при этом радиус смесителя r_кс составляет r_кс=R-δ₁-δ₂=15 мм, что позволяет обеспечивать смешение достаточно больших потоков топливной смеси. В расчетах величина $$n=S_{\omega }/S$$

задавалась последовательно значениями 0.05, 0.10, и 0.25. В качестве основного размера нагреваемого объекта был принят. Рассчитанные геометрические размеры рефлектора составили:Consider the choice of the geometric characteristics of the reflector for heating an object with a characteristic size of D = 300 mm. We choose the radius of the emitter R = 30 mm. Selection radius emitter due minimum size spherical bilayer shells (δ ₁ = 5 mm, δ ₂ = 10 mm), the radius r of the mixer _{ks kc} is r = R-δ ₁ -δ ₂ = 15 mm, which allows sufficiently large to ensure mixing fuel mixture flows. In the calculations, the value $$n=S_{\omega }/S$$

was set sequentially with the values 0.05, 0.10, and 0.25. As the main size of the heated object was adopted. The calculated geometric dimensions of the reflector were:

- Для т=0.05. Фокусное расстояние p=1.095 R=33 мм, расстояние от вершины рефлектора до выходного сечения x₀=343 мм, радиус выходного сечения рефлектора r₀=150 мм;- For m = 0.05. The focal length p = 1.095 R = 33 mm, the distance from the top of the reflector to the output section x ₀ = 343 mm, the radius of the output section of the reflector r ₀ = 150 mm;

- Для n=0.10. Фокусное расстояние p=1.526 R=46 мм, расстояние от вершины рефлектора до выходного сечения x₀=246 мм, радиус выходного сечения рефлектора r₀=150 мм;- For n = 0.10. The focal length p = 1.526 R = 46 mm, the distance from the top of the reflector to the output section x ₀ = 246 mm, the radius of the output section of the reflector r ₀ = 150 mm;

- Для n=0.25. Фокусное расстояние p=2.375 R=71 мм, расстояние от вершины рефлектора до выходного сечения x₀=158 мм, радиус выходного сечения рефлектора r₀=150 мм.- For n = 0.25. The focal length p = 2.375 R = 71 mm, the distance from the top of the reflector to the output section x ₀ = 158 mm, the radius of the output section of the reflector r ₀ = 150 mm.

Результаты примера свидетельствуют о достижения заявленной цели, несмотря на то, что условие рассмотрения излучающей сферы как точечного, выполняется приближенно.The results of the example indicate the achievement of the stated goal, despite the fact that the condition for considering the emitting sphere as a point one is fulfilled approximately.

Пример расчета 2.Calculation example 2.

Рассмотрим выбор геометрических характеристик рефлектора для нагрева объекта с характерным размером D=500 мм. Радиус излучателя соответствует примеру 1 (R=30 мм). В расчетах величина $$$$

$$n=S_{\omega }/S$$

задавалась последовательно значениями 0.05, 0.10, и 0.25. Рассчитанные геометрические размеры рефлектора составили:Consider the choice of the geometric characteristics of the reflector for heating an object with a characteristic size D = 500 mm. The radius of the emitter corresponds to example 1 (R = 30 mm). In the calculations, the value $$$$

$$n=S_{\omega }/S$$

was set sequentially with the values 0.05, 0.10, and 0.25. The calculated geometric dimensions of the reflector were:

- Для n=0.05. Фокусное расстояние р=1.825 R=55 мм, расстояние от вершины рефлектора до выходного сечения x₀=571 мм, радиус выходного сечения рефлектора r₀=250 мм;- For n = 0.05. Focal length p = 1.825 R = 55 mm, distance from the top of the reflector to the output section x ₀ = 571 mm, radius of the output section of the reflector r ₀ = 250 mm;

- Для n=0.10. Фокусное расстояние p=2.543 R=76 мм, расстояние от вершины рефлектора до выходного сечения x₀=410 мм, радиус выходного сечения рефлектора r₀=250 мм;- For n = 0.10. The focal length p = 2.543 R = 76 mm, the distance from the top of the reflector to the output section x ₀ = 410 mm, the radius of the output section of the reflector r ₀ = 250 mm;

- Для n=0.25. Фокусное расстояние p=3.959 R=119 мм, расстояние от вершины рефлектора до выходного сечения x₀=263 мм, радиус выходного сечения рефлектора r₀=250 мм.- For n = 0.25. The focal length p = 3.959 R = 119 mm, the distance from the top of the reflector to the output section x ₀ = 263 mm, the radius of the output section of the reflector r ₀ = 250 mm.

Результаты примера 2 свидетельствуют о достижения заявленной цели, при более строгом выполнении условия рассмотрения излучающей сферы как точечного источника.The results of example 2 indicate the achievement of the stated goal, with more stringent fulfillment of the conditions for considering the emitting sphere as a point source.

По результатам приведенных примеров видно, что поставленная задача получения направленного, равномерно распределенного по поперечному сечению теплового потока излучения с высоким КПД теплоотдачи инфракрасного излучателя решена.According to the results of the above examples, it is seen that the task of obtaining a directed, uniformly distributed over the cross-section of the heat flux of radiation with high heat transfer efficiency of the infrared emitter is solved.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Александров В.А., Барыбин Н.Ф., Мягков К.Г., Попов Г.А., Соловьев Е.С., Якушин М.И. Радиационная горелка. Патент РФ №2066023, МПК F23D 14/12 (Б.И. 27.08.1996).1. Alexandrov V.A., Barybin N.F., Myagkov K.G., Popov G.A., Soloviev E.S., Yakushin M.I. Radiation burner. RF patent No. 2066023, IPC F23D 14/12 (B.I. August 27, 1996).

2. Жебрак Ю.А., Сорокин В.И., Стопневич А.В., Вязков В.А. Горелка инфракрасного излучения. Патент РФ №2084762, МПК F23D 14/12 (Б.И. 20.07.1997).2. Zhebrak Yu.A., Sorokin V.I., Stopnevich A.V., Vyazkov V.A. Burner infrared radiation. RF patent No. 2084762, IPC F23D 14/12 (B.I. July 20, 1997).

3. Аникеев В.И., Кузин Н.А., Гудков А.В. Инфракрасный излучатель, способ проведения процесса горения углеводородного газового топлива и способ приготовления сложной керамики, активированной катализатором. Патент РФ №2110015, МПК F23D (Б.И. 27.04.1998).3. Anikeev V.I., Kuzin N.A., Gudkov A.V. Infrared emitter, a method for carrying out the combustion process of hydrocarbon gas fuel and a method for preparing complex ceramics activated by a catalyst. RF patent №2110015, IPC F23D (B.I. 04/27/1998).

4. Барыбин Н.Ф., Красильников Е.Ю., Мягков К.Г., Якушин М.И. Радиационная горелка. Патент РФ №2127849, МПК F23D 014/12 (Б.И. 20.03.1999).4. Barybin N.F., Krasilnikov E.Yu., Myagkov K.G., Yakushin M.I. Radiation burner. RF patent №2127849, IPC F23D 014/12 (B.I. 20.03.1999).

5. Справочник по теплообменникам. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 560 с.5. Handbook of heat exchangers. M .: Energoatomizdat, 1987 .-- 560 p.

6. Петров В.А., Чеховской В.Я., Шейндлин А.Е., Дымов Б.К. Интегральная полусферическая излучательная способность пиролитических карбидов кремния и циркония. - в сб. «Теплофизические свойства твердых веществ». М: Наука, 1971 - С.137-139.6. Petrov V.A., Chekhovskoy V.Ya., Sheindlin A.E., Dymov B.K. Integrated hemispherical emissivity of pyrolytic silicon and zirconium carbides. - on Sat "Thermophysical properties of solids." M: Science, 1971 - S.137-139.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. - 544 с.7. Bronstein I.N., Semendyaev K.A. A reference book in mathematics for engineers and students of technical colleges. M .: Nauka, 1986 .-- 544 p.

8. Гвоздев Н.П., Коркина К.И. Прикладная оптика и оптические измерения. М: Машиностроение, 1976. - 383 с.8. Gvozdev N.P., Korkina K.I. Applied optics and optical measurements. M: Mechanical Engineering, 1976 .-- 383 p.

9. Кирдяшкин А.И., Орловский В.М., Соснин Э.А. и др. Энергетические и спектральные характеристики излучения в процессе фильтрационного горения природного газа// Физика горения и взрыва. 2010. Т.46, №5. - С.37-41.9. Kirdyashkin A.I., Orlovsky V.M., Sosnin E.A. et al. Energy and spectral characteristics of radiation during filtration combustion of natural gas // Combustion and Explosion Physics. 2010. V. 46, No. 5. - S. 37-41.

10. Баев В.К., Бажайкин А.Н., Шумский В.В. Особенности горения углеводородных газов в составных пористых насадках // Физика горения и взрыва. 2011. Т.47, №7. - С.50-55.10. Baev V.K., Bazhaikin A.N., Shumsky V.V. Features of the combustion of hydrocarbon gases in composite porous nozzles // Physics of Combustion and Explosion. 2011. Vol. 47, No. 7. - S.50-55.

11. Халатов А.А. Теория и практика закрученных потоков. Киев: Наукова думка. 1989. - 192 с.11. Halatov A.A. Theory and practice of swirling flows. Kiev: Naukova Dumka. 1989 .-- 192 p.

Claims (2)

1. Источник направленного инфракрасного излучения, включающий пористый излучатель, смеситель компонентов газообразного топлива и рефлектор, отличающийся тем, что излучатель, выполненный в виде полого шара с двухслойной сферической оболочкой из пористого интерметаллида или пористой керамики с разной пористостью слоев, расположен в фокусе параболического рефлектора, смесителем является внутренняя полость излучателя, в которую через патрубок подаются компоненты топлива, причем размеры нагреваемого тела, рефлектора и излучателя находятся в соотношениях
2r₀=D, $$x_0=\frac{r_0^2}{2p}$$

, R≤p/3,
а пористость, характерный размер пор и толщина слоев оболочки составляют
ε₁=60…65%, ε₂=90…95%, ∆₁=0,2…0,5 мм, ∆₂=2…5 мм, δ₁=5…7 мм, δ₂=10…15 мм,
где D - характерный размер нагреваемого тела;
r₀ - радиус выходного сечения рефлектора;
x₀ - расстояние по оси от вершины параболоида до его выходного сечения;
р - фокусное расстояние параболоида;
R - внешний радиус излучателя,
ε₁, ε₂ - пористость внутреннего и внешнего слоев соответственно;
Δ₁, Δ₂ - характерный размер пор внутреннего и внешнего слоев соответственно;
δ₁, δ₂ - толщина внутреннего и внешнего слоев соответственно,
при этом патрубок выполнен в виде двух коаксиальных трубок, на концах которых расположены тангенциальные каналы с противоположным направлением закрутки.1. The source of directional infrared radiation, including a porous emitter, a mixer of gaseous fuel components and a reflector, characterized in that the emitter, made in the form of a hollow ball with a two-layer spherical shell of a porous intermetallic or porous ceramic with different porosity of the layers, is located in the focus of the parabolic reflector, the mixer is the internal cavity of the emitter, into which fuel components are fed through the nozzle, and finding the dimensions of the heated body, reflector and emitter camping in the proportions
2r ₀ = D, $$x_0=\frac{r_0^2}{2p}$$

, R≤p / 3,
and porosity, characteristic pore size and thickness of the shell layers are
ε ₁ = 60 ... 65%, ε ₂ = 90 ... 95%, Δ ₁ = 0.2 ... 0.5 mm, Δ ₂ = 2 ... 5 mm, δ ₁ = 5 ... 7 mm, δ ₂ = 10 ... 15 mm,
where D is the characteristic size of the heated body;
r ₀ is the radius of the output section of the reflector;
x ₀ is the distance along the axis from the top of the paraboloid to its output section;
p is the focal length of the paraboloid;
R is the outer radius of the emitter,
ε ₁ , ε ₂ - porosity of the inner and outer layers, respectively;
Δ ₁ , Δ ₂ - the characteristic pore size of the inner and outer layers, respectively;
δ ₁ , δ ₂ - the thickness of the inner and outer layers, respectively,
while the pipe is made in the form of two coaxial tubes, at the ends of which there are tangential channels with the opposite direction of the twist. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатель выполнен из интерметаллида алюминий/никель или пористой керамики на основе карбида кремния. 2. The device according to claim 1, characterized in that the emitter is made of intermetallic aluminum / nickel or porous ceramics based on silicon carbide.

Images