Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре...
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
Интересное:
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Дисциплины:
2017-10-16 | 1201 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
На поверхности нагреваемого в печи изделия протекает сложный тепловой процесс, включающий все виды 0теплообмена: теплопроводность, конвективный теплообмен и тепловое излучение (лучеиспускание). Основными формами теплообмена, определяющими нагрев изделия в газовой среде печи, являются лучеиспускание и конвективный теплообмен. Для высокотемпературных и низкотемпературных печей, для различных атмосфер, заполняющих рабочее пространство печей, для разных сплавов соотношение интенсивностей этих форм теплообмена различное, что отражается на процессе нагрева изделий.
Интенсивность теплообмена между твердым телом и окружающей средой принято характеризовать коэффициентом теплоотдачи a, с которым непосредственно связан удельный тепловой поток на поверхности нагреваемого тела q. По закону Ньютона
q =a·(t П– t ПОВ), | (1) |
где t П — температура среды (печи), °C; t ПОВ — температура поверхности нагреваемого тела (изделия),°C.
Учитывая сложность теплового процесса на поверхности нагреваемого изделия, коэффициент теплоотдачи считают сложной величиной, которая равна сумме коэффициентов теплоотдачи лучеиспусканием aЛ и конвекцией aК:
a=aЛ + aК. | (2) |
Методы определения aЛ и aК выбираются в зависимости от условий теплообмена в печи. Величина a меняется в процессе нагрева изделий, однако в расчётах продолжительности нагрева изделий эти изменения не учитываются, и принимается среднее значение a.
В зависимости от условий теплообмена и способа работы печи (печи непрерывного или периодического действия) возможны три принципиально различных случая нагрева изделий. Во-первых, нагрев при постоянной температуре печи и переменном тепловом потоке на поверхности изделия. Этот случай нагрева характерен для печей периодического действия, в которых тепло к изделию передается в основном за счет теплового излучения, а также для электрических печей с искусственной циркуляцией воздуха (конвекционные печи), имеющих небольшие размеры рабочего пространства, и печей-ванн. Во-вторых, нагрев при переменной температуре печи, но постоянном тепловом потоке на поверхности изделия. Этот случай нагрева наблюдается в методических печах с преобладанием теплообмена лучеиспусканием, а также в печах периодического действия при резком падении температуры печи в момент загрузки в печь холодной массивной садки изделий. В-третьих, нагрев при переменной температуре печи и переменном тепловом потоке. Такой процесс нагрева характерен для конвекционных печей, имеющих большие размеры рабочего пространства.
|
Для расчёта продолжительности нагрева изделий в первом случае необходимо знать величину коэффициента теплоотдачи и температуру печи. во втором случае необходимо предварительно определить удельный тепловой поток на поверхности изделия. В третьем случае часто задаются коэффициентом теплоотдачи и законом изменения температуры печи.
После загрузки холодного изделия в печь происходит интенсивный нагрев его поверхностных слоев. Нагрев центральных слоев протекает с меньшей скоростью из-за термического сопротивления изделия. Изменяясь по величине, он может сохраняться в течение всего времени нагрева изделия. Это значительно усложняет определение времени нагрева изделия.
Величина перепада температуры по толщине изделия зависит от отношения термического сопротивления изделия к термическому сопротивлению передачи тепла к его поверхности. Чем больше указанное отношение, тем больше перепад температуры по толщине изделия. В теории теплообмена отношение внутреннего термического сопротивления к внешнему термическому сопротивлению на его поверхности определяется числом Био.
|
Bi = , | (3) |
где S /l— внутреннее термическое сопротивление изделия; S — характерный геометрический размер изделия: для пластины — половина её толщины при двустороннем нагреве и полная толщина в случае одностороннего нагрева, для цилиндра и шара — их радиусы;l— коэффициент теплопроводности металла;1/a— внешнее термическое сопротивление;a— коэффициент теплоотдачи.
Если величина Bi близка к нулю, то термическим сопротивлением изделия можно пренебречь, и его нагрев определяется только внешним теплообменом. В этом случае перепад температуры по сечению изделия можно не учитывать при определении времени его нагрева. Такие изделия называются «тонкими».
За условную границу между тонкими и массивными изделиями принимают такое сечение, для которого число Био равно 0,25; при этом значении Bi максимальный перепад температуры по сечению изделия составляет 10 % от разности начальных температур изделия t 0 и внешней среды, то есть D t =0,1(t П- t 0). Таким образом, если Bi< 0,25, расчёты выполняются по формулам для тонких изделий, если же
Bi> 0,25 — по методике, принятой для массивных изделий.
При расчётах продолжительности нагрева изделий необходимо также знать их теплофизические свойства, прежде всего плотность g, удельную теплоёмкость c и коэффициент теплопроводности —l. Для металлов и сплавов указанные параметры изменяются с изменением температуры. Для уменьшения погрешности расчётов следует брать средние в рассматриваемом интервале температур значения теплофизических констант.
2.1.2. Особенности расчёта суммарного коэффициента
теплоотдачи в электрических и топливных печах
Рассмотрим определение средних значений коэффициентов теплоотдачи на поверхности изделий, нагреваемых в электрических и топливных печах.
Электрические печи. В электрических печах без искусственной циркуляции воздуха основным видом теплообмена, определяющим нагрев изделий, является теплообмен лучеиспусканием. Конвективный теплообмен в результате свободного движения воздуха около поверхности нагреваемого изделия имеет небольшую интенсивность и коэффициент теплоотдачи конвекцией в нагревательной камере печей сопротивления с температурой выше 700 °С приближенно может быть принят равным 10...15 Вт/(м2·К). Для более низких температур он может быть подсчитан по одной из формул, изложенных ниже в разделе о конвективном теплообмене в топливных печах.
|
В частном случае при нагреве изделий из алюминиевых сплавов в низкотемпературных конвекционных печах величина коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием невелика из-за малой степени черноты изделий:
Температура печи, °С | ||||||
aЛ, Вт/(м2·K) | 1,9 | 3,6 | 6,3 | 10,1 | 15,2 | 21,8 |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией в этом случае имеет большее значение и может быть вычислен по следующей формуле:
aК= k · w 0,8, | (4) |
где k — коэффициент, зависящий от температуры печи:
Температура печи, °С | ||||||
k | 4,81 | 4,19 | 3,74 | 3,37 | 3,20 | 3,09 |
w — скорость воздушного потока в рабочей камере печи, м/с.
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием в общем случае определяется по формуле
aЛ= C ПР , | (5) |
где T П и T М — текущие значения температур соответственно печи и металла, К; C ПР — приведенный коэффициент излучения
, | (6) |
где C 0=5,67 Вт/(м2·K4) — константа излучения абсолютно черного тела; eM — степень черноты нагреваемого металла; eП — степень черноты кладки печи; F М — тепловоспринимающая поверхность нагреваемого металла, м2; F П — поверхность нагревательной камеры печи, м2.
При нагреве в среднетемпературных электрических печах с воздушной атмосферой значение C ПР » 2,5...3,0.
При изменении температуры в рабочей камере печи среднее значение коэффициента теплоотдачи определяется по формуле:
, | (7) |
где и — коэффициенты теплоотдачи излучением соответственно в начале и в конце температурного интервала нагреваемого металла, Вт/(м2·K); T ПН и T МН — температуры соответственно печи и металла в начале нагрева, К; T ПК и T МК — температуры соответственно печи и металла в конце нагрева, К; и — приведенные коэффициенты излучения соответственно в начале и конце нагрева, Вт/(м2·К4).
Если в процессе нагрева изделий температура в нагревательной камере остается неизменной, то
, | (8) |
При определении aЛ в печи с постоянной температурой можно также пользоваться формулой
, | (9) |
где T Мср — средняя за время нагрева температура изделия, К:
|
T Мср = 1/3 (t МН+2 t МК) + 273, | (10) |
где t МН и t МК — температуры изделия соответственно в начале и в конце температурного интервала нагрева, °С.
Средняя температура нагреваемого металла (T Мср) может быть также определена по формуле
= . | (11) |
В печах с постоянной температурой (700...900 °С) коэффициент теплоотдачи излучением приближенно можно подсчитать по эмпирической формуле:
aЛ » 0,03 C ПР . | (12) |
Топливные печи. Дымовые газы, заполняющие рабочее пространство топливной печи, передают тепло лучеиспусканием и конвекцией нагреваемым изделиям и стенкам печи. Последние излучают тепло на изделия. Все эти процессы учитываются при определении коэффициента теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле:
aЛ=5,67 K eМ , | (13) |
где T Г — температура дымовых газов в рабочем пространстве печи, К; T Мср — средняя температура нагреваемого металла, К; eМ — степень черноты поверхности изделия; K — коэффициент, учитывающий взаимные процессы лучеиспускания дымовых газов, изделия и стенок печи.
По данным Г.Л.Поляка, коэффициент K выражается формулой:
, | (14) |
где eГ — степень черноты дымовых газов, w— степень развития кладки, её численное значение приблизительно равно отношению суммарной внутренней поверхности стенок и свода печи F П к воспринимающей тепловое излучение поверхности металла F М:
. | (15) |
Степень черноты дымовых газов зависит от их состава. В состав печных дымовых газов в основном входят азот (N2), углекислый газ (CO2) и водяной пар (H2O).
Одно- и двухатомные газы имеют ничтожно малую интенсивность теплового излучения. Поэтому степень черноты дымовых газов определяется из выражения:
eГ= + b· , | (16) |
где — степень черноты углекислого газа; — условная степень черноты водяного пара; b — поправочный коэффициент на парциальное давление водяного пара.
Степень черноты газа зависит от его температуры, парциального давления p и средней эффективной длины лучей S ЭФ в рассматриваемом газовом объёме. Величина p, Н/см2(атм) численно равна объёмной доле газа в составе продуктов горения. Величину S ЭФ приближенно можно определить из выражения:
S ЭФ = (0,8...0,9)· , м, | (17) |
где V — объём, заполненный излучающим газом, м3; F — площадь всех стенок, ограничивающих этот объём, м2.
Для определения степени черноты и и коэффициента b применяются номограммы (рис. 1).
Множитель К в зависимости от степени черноты печных газов и степени развития кладки при b*=0,85 и b*=0,95, где b*=eМ+eГ(1-eМ), можно определить по графику, предложенному Д.В.Будриным (рис.2).
Таким образом, приведенный коэффициент излучения газа, кладки и металла, входящий в формулу коэффициента теплоотдачи излучением, зависит от степени черноты металла и газов и степени развития кладки. Его значение будет увеличиваться при повышении eМ и eГ и степени развития кладки (то есть при увеличении F П и уменьшении F М).
|
При нагреве в пламенных печах с eМ=0,8, eГ=0,30...0,35 и w=3,0...3,5 значение произведения 5,67·eМ· K = C ГКМ = 2,7...3,3. При нагреве в защитной атмосфере (ПС–0,6) C ГКМ=1,4, а для атмосферы ДА — C ГКМ=1,2.
Интенсивность конвективного теплообмена в рабочем пространстве печи зависит от скорости движения дымовых газов, а также от их физических свойств, формы и размеров нагреваемых изделий, температуры газов и кладки. Для среднетемпературных печей, не имеющих принудительной циркуляции печной атмосферы, он может быть принят равным 10...15 Вт/(м2·К).
При вынужденном движении воздуха или дымовых газов в каналах в условиях наиболее характерного для печей турбулентного режима коэффициент теплоотдачи конвекцией равен:
aК = Z KL , | (18) |
где w — скорость движения газов, м/с; d — эквивалентный диаметр канала (для каналов круглого сечения , м; здесь S — площадь сечения канала, м2; P — периметр сечения, м); Z — коэффициент, зависящий от температуры дымовых газов, а именно:
t П, °C | |||||
Z | 1,99 | 1,77 | 1,61 | 1,48 | 1,39 |
K L — коэффициент, зависящий от отношения длины канала L к его диаметру d:
L / d | ||||||||
K L | 1,40 | 1,24 | 1,14 | 1,09 | 1,07 | 1,04 | 1,02 | 1,00 |
— коэффициент, величина которого зависит от содержания водяных паров в дымовых газах или воздушном потоке:
H2O, % | ||||||||
1,00 | 1,18 | 1,24 | 1,29 | 1,34 | 1,39 | 1,43 | 1,47 |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при турбулентном движении воздуха или продуктов сгорания в каналах можно определить также с помощью следующей приближенной формулы:
aК = 4,42 , | (19) |
где w 0— приведённая (0 ° C; 1,013·105 Н/м2 или 760 мм рт.ст.) скорость движения газов, м/ с; d — эквивалентный диаметр канала, м.
Если известна скорость газов w при температуре t, ° C, то
w 0 = w. | (20) |
а б в |
Рис. 1. Номограммы для определения степени черноты СО2 (а), Н2О (б) и поправочного коэффициента b (в) |
Рис. 2. График для расчёта множителя K
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при турбулентном движении воздуха или продуктов сгорания в каналах можно определить также с помощью следующей приближенной формулы:
aК = 4,42 , | (19) |
где w 0— приведённая (0 ° C; 1,013·105 Н/м2 или 760 мм рт.ст.) скорость движения газов, м/ с; d — эквивалентный диаметр канала, м.
Если известна скорость газов w при температуре t, ° C, то
w 0 = w. | (20) |
Для вынужденного движения газов вдоль плоской поверхности при приближённых расчётах коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется по следующим формулам [2, 6]:
а) при скорости движения газов w 0£ 4,65 м/с:
для полированной поверхности aК = 5,58 + 4,25 w 0,
для прокатанной поверхности aК = 5,81 + 4,25 w 0,
для шероховатой поверхности aК = 6,16 + 4,49 w 0;
б) при скорости движения газов w 0> 4,65 м/c:
для полированной поверхности aК = 7,51 ,
для прокатанной поверхности aК = 7,53 ,
для шероховатой поверхности aК = 7,94 .
|
|
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!