Файл: Невский, Александр Сергеевич. Применение теории подобия к изучению тепловой работы нагревательных печей.pdf

отношения абсолютной температуры топлива к абсолютной тем­ пературе воздуха. Если различные массы воздуха или топлива подаются при различных температурах, то отношения абсолют­ ных температур этих масс должны быть одинаковыми для всех систем.

25. Поле тепловыделений

Поле тепловыделений является важнейшим фактором, от ко­

торого зависит излучение. Наилучший эффект по излучению по­ лучается в тех случаях, когда все тепловыделение сосредоточено на бесконечно малом участке при входе горючей смеси в каме­ ру. При сдвиге тепловыделения вгл> бь камеры, в сторону выхода из нее продуктов горения, эффект излучения снижается. Поле

тепловыделений определяется скоростью протекания реакций горения. Для газообразного топлива определенного состава, при

заданных избытках воздуха, эта скорость зависит практически

только от скорости смешения горючего с воздухом и определяется поэтому главным образом гидродинамическими факторами и, в первую очередь, пограничными условиями по вводу топлива и воздуха. Характер поля тепловыделений может совершенно изме­ ниться в зависимости от способа подачи топлива и воздуха: раз­ личное распределение подачи топлива между горелками, различ­ ный способ подвода воздуха, различное положение или наклон горелок могут совершенно изменить поле тепловыделений.

26. Поля других величин

При непрерывном стационарном процессе нагреваемый в печи металл двигается прямолинейно с постоянной скоростью. Вопрос о подобии поля этой скорости в связи с этим отпадает. Если температура посадки металла постоянна, то отпадает вопрос о подобии полей температуры металла при поступлении в камеру. Если эта температура переменна по сечению нагреваемого мате­ риала, то должно быть обеспечено подобие абсолютных темпе­ ратур по сечению, по которому материал поступает в печь. За­

дача несколько осложняется при подаче в печь неодинаково

нагретых заготовок. В этом случае, по существу, имеет место процесс переменный во времени. Однако, если период между

поступлением отдельных заготовок невелик, можно не учитывать

нестационарность процесса.

Вопрос о поле коэффициента турбулентного обмена является сейчас недостаточно ясным. Характер этого поля определяется

условиями по вводу горючей смеси в камеру. Е1оэтому можно ожидать, что при соблюдении подобия по вводу в камеру горю­ чей смеси обеспечится также приблизительное подобие коэффи­ циентов турбулентного обмена.

Должно быть выдержано подобие полей величин потерь тепла поверхностями второго рода и подом. Величины этих потерь мож-

78

но изменять по усмотрению последователя, меняя толщину клад­ ки, изоляции опор и пода или теплопроводность материалов, из которых они сделаны.

Температура стенок охлаждаемых неизолированных поверхно­ стей немного больше температуры охлаждающей воды. В зависи­ мости от этой температуры, свойств жидкости и скорости ее движения температура стенки может быть различной для раз­

личных участков поверхности. Однако изменения эти не очень

велики, а кроме того, интенсивность собственного излучения этих поверхностей ничтожна по сравнению с интенсивностью излуче­ ния в самой камере. Все это делает несущественным требование

подобия полей температур неизолированных охлаждаемых по­

верхностей.

Необходимо иметь подобие полей поглощательных способно­ стей ограничивающих поверхностей. Сочетая это требование с требованием равенства критерия tci2, можно заключить, что в подобных системах величины поглощательных способностей по­

верхностей должны быть одинаковы в сходственных точках. Это условие во многих случаях соблюдается благодаря одинаковому типу поверхностей в различных установках. При построении моделей вопрос этот должен быть проверен при выборе материа­

лов ограждений камеры.

Наконец, должно быть соблюдено для сходственных точек по­ верхностей подобие объемов распределения яркостей эффектив­ ного излучения поверхности. Эта задача может решаться выбо­ ром соответствующих материалов, однако вообще вопрос этот

еще очень мало изучен. Для большинства технических материа­ лов последнее условие вряд ли может иметь большое значение. При допущении постоянства яркости по направлениям, как это

Рассмотрим применение теории подобия к печам периодиче­ ского действия с неподвижным нагреваемым материалом. Все ве­

личины, входящие в уравнения (98), (109), (116), (Н7), (118); (119), (120), (121), (122), (123), (124), (125) и (126), должны рассматриваться переменными во времени.

Неустановившийся режим работы печи связан с изменением теплового режима кладки, в связи с этим тепловой поток через

кладку будет меняться по ее толщине и величины Ер.о и ЕР:Т<П

будут неодинаковы по внутренней поверхности кладки, обра­ щенной в печь и по ее наружной поверхности, эти величины бу­ дут также переменны по времени.

Выше, при анализе задачи методом теории подобия, вели­ чины Ер о и Др.т.п рассматривались в числе определяющих вели- - чин. При неустановившемся процессе эти величины должны при­

ниматься по внутренней поверхности кладки. При этом следует,

79

цесса.

При более полном анализе задачи теплообмена в неустано-

вившемся режиме следовало бы записать дифференциальные уравнения теплопроводности в толще кладки и подвергнуть их

объеме. Вместо девятого пункта появляется требование о подо­ бии полей абсолютных температур нагреваемого материала в момент начала процесса. Из системы критериев выпадает кри­ терий те]0, связанный с движением нагреваемого материала, и сохраняется критерий л. Критерий л является критерием гомохронности. По равенству для разных подобных систем этого кри­ терия устанавливаются сходственные моменты времени. Крите­

вень нагрева металла в рассматриваемом случае, представляет собой его температуру в начальный момент времени.

При выводе критериев подобия в уравнении (109) не был принят во внимание член, учитывающий нестационарность про­

подобия систем, оказалось бы необходимым также ввести соблю­ дение равенства в них этого критерия. Однако влияние его в условиях работы нагревательных печей, по-видимому, очень не велико и поэтому не учитывается.

Таким образом, для того, чтобы две системы периодическо­ го действия при неподвижном нагреваемом материале были по­ добны, необходимо, чтобы в сходственные моменты времени

были подобны условия однозначности в соответствии с высказан­

ными по этому вопросу требованиями в разделе 17 и сделанны­ ми выше поправками. Кроме того, в сходственные моменты вре­ мени должно иметь место равенство определяющих критериев

(186) за исключением критерия ir'o. В начальный момент вре­

мени должны быть подобны поля температур нагреваемого ма­ териала.

80

Определяемые величины и критерии являются переменными по времени. В связи с тем, что рассматриваемые системы подоб­ ны, безразлично для какого момента времени будут принимать­ ся величины, входящие в критерии, важно лишь, чтобы эти мо­ менты времени были сходственными для всех систем. Согласно положениям раздела 8, можно принимать усредненные по вре­ мени значения величин.

Как и для случая печей непрерывного действия, для группы систем, в которой имеет место подобие условий однозначности

(для сходственных моментов времени), каждый определяемый критерий может быть представлен в виде функции определяю­

Эти уравнения можно также обобщить на произвольный слу­ чай работы печей без ограничения требованием подобия усло­ вий однозначности. Получим соотношения

что в объеме камеры имеется выделение химической энергии топ­ лива. Представляет большой интерес случай, когда все тепло­ выделение сосредоточено при самом входе горючей смеси в ка­ меру. Это реально осуществляется в газовых горелках беспла­ менного горения или в обыкновенных газовых горелках с пред­ варительным смешением горючего газа с воздухом. В подобных случаях начальная температура процесса в камере должна быть принята равной теоретической температуре горения. Поэтому