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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.04.2024

Просмотров: 77

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Таблица 1

Коэффициенты теплопроводности и теплоемкости нагреваемого материала в образце (методическая печь) и модели

Температура, °C

Коэффициент теплопровод­ ности стали К к к а л ’м- час ♦ град

Модель

 

 

 

 

Образец

 

 

Модель

 

м

окончательнаявеличина м.ккал,X • час « град

Отношение----

X

н

кг'ккал•град

удельныйвес стали ун мгк103•3

объемнаятеплоемкость стали 3градм!ккал- . 1О3

теплоемкостькарборун­

град

удельныйвес карбо- )нРУндаТ(м, ка/ж31О’

м

•^мккалград. 1О3

желаемаявеличинаL, -м/лаккчас ■ град

теплоемкостьсталиС

даС(

теплоемкостьобъемная карборунда(тн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•

 

')

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кг

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

ккал .»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'Н

 

к М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н'

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е 1 ч. К

о

, С

 

Л

 

V n П V

 

иш1

 

п

 

С

100

4^,6

14,17

12,03

0,243

0,117

7

832

0,916

0,2335

2,146

0,501

0,547

200

46,0

13,14

11,51

0,250

0,127

7,800

0,991

0,237

2,143

0,508

0,513

300

42,5

12,14

11,90

0,259

0,135

7,765

1,048

0,2405

2,139

0,514

0,490

400

38,5

11,00

10,48

0,272

0,145

7,730

1,121

0,244

2,135

0,521

0,465

500

34,6

9,89

9,97

0,288

0,162

7,692

1,246

0,2475

2,132

0,528

0,424

600

31,0

8,86

9,46

0,305

0,183

7,653

1,400

0,251

2,128

0,534

0,381

700

27,4

7,83

8,94

0,326

0,225

7,613

1,713

0,2545

2,124

0,541

0,316

800

24,5

7>°

8,43

0,344

0,217

7,582

1,645

0,258

2,121

0,547

0,332

900

23,0

6,57

7,91

0,344

0,173

7,594

1,314

0,21515

2,117

0,554

0,421

1000

23,8

6,80

7,40

0,311

0,157

7,543

1,184

0,265

2,113

0,560

0,473

1100

24,5

7,00

6,88

0,281

0,158

7,488

1,183

0,2685

2,110

0,567

0,479

1200

25,6

7,31

6,37

0,249

0,159

7,44

1,183

0,272

2,106

0,573

0,484

 

 

Характеристика ограждений

 

Табл и ц а 2

 

 

методической

печи

Поверхность

Материал

Тол­

ккал /м ■ час ■

Величина К

охлаждения

щина

град ккалм2час • град

 

 

 

 

мм

 

 

Свод печи в томиль­

Динас

250

1,5

1,97

ной

и

сварочной

Диатомит

65

0,3

 

зонах

 

 

 

 

 

 

То же в методической

Шамот

250

1,25

1,85

части

 

 

Диатомит

65

0,3

 

Под печи

в томиль­

Магнезит

100

2,5

 

ной

и

сварочной

Шамот

350

1,25

1,00

зонах

 

Диатомит

130

о,з

Стены печи в томиль­ Динас

350

1,5

1,62

ной

и

сварочной

Диатомит

65

о,з

 

зонах

 

 

 

 

 

То же в

методической

Шамот

350

1,25

1,51

зоне

 

 

Диатомит

65

о,з

 

108

В табл. 1 и 2 приводятся величины коэффициентов теплопро­ водности нагреваемого в печи материала, взятые из справочни­

ка «Теплофизические свойства веществ» [29]. В 3 столбце табл. 1 даны желаемые величины коэффициента теплопроводности для

нагреваемого в модели материала. Необходимо подобрать такой материал, который наиболее близко представил бы эту зависи­

мость. Основной характер зависимости — уменьшение X с увели­

чением температуры — должен быть обязательно выдержан в мо­ дели. Очень удобным материалом для этой цели является кар­

борунд. Величина коэффициента теплопроводности карборунда

значительно меняется от его состава и температуры обжига. Данные по физическим свойствам карборунда имеются в статье А. Н. Новикова и В. А. Смирнова [30], которыми и будем поль­

зоваться. Подобранный материал должен иметь средний коэф­ фициент теплопроводности в рабочем интервале температур

(20—1200° С) в 3,5 раз меньше, чем для нагреваемой стали.

Этот последний определяем графически по формуле (241) и дан­

ным табл. 1.

1 200

Сп —---------- I \dt — 33,47 ккал/м, • час ■ град.

р1200—20.)

20

Наиболее подходящим материалом для нагрева в модели бу­ дет чистый карборунд. По данным указанной работы коэффи­ циент теплопроводности карборунда может быть представлен

следующей формулой:

 

). = 12,54 [1 — 4,1 ■ z') ккал/м час • град.

(258)

Vюооо /

В4 столбце табл. 1 даны величины X карборунда, подсчи­ танные по этой формуле. В 5 столбце показано отношение ко­

эффициентов теплопроводности нагреваемого материала в моде­ ли и в образце. Как видно, это отношение для всего интервала температур изменяется не очень значительно.

Определим величину среднего коэффициента теплопроводно­

сти модели в интервале рабочих температур от

20 до 1200° С.

По формуле

(243)

находим

 

 

 

X — 12,54 (1 -------—— 1220^ = 9,40 ккал!м. ■ час • град.

р

\

2-10 000

/

г

По формуле (250) находим окончательную величину масшта­

ба модели

 

 

 

 

 

 

 

Сг = -Ml = 0,281.

 

 

 

1

33,47

 

 

Для камеры модели вертикальный масштаб

оставляем 0,4.

Основные размеры модели даны в скобках на

чертеже рис. 5.

109

Проверим, как удовлетворяется подобие полей величин тепло­ емкостей при выбранном материале. Весовую теплоемкость и

удельный вес стали принимаем по данным справочника «Тепло­ физические свойства веществ» [29]. Соответствующие цифры да­

ются в 6 и 7 столбцах табл. 1. Весовую

теплоемкость

карбо­

рунда определяем по формуле, взятой из того же источника,

 

С'

= 0,23 4- 0,000035/

ккал!кг .

град.

 

(259)

Удельный вес карборунда подсчитываем по формуле

 

 

 

7 = 2,15(1—17- 10~6./)

кг/м9.

 

(260)

Величины теплоемкости и удельного веса,

подсчитанные

по

этим формулам,

даны в 9 и 10

столбцах

табл.

1. В

11

и 8

столбцах даны величины объемной теплоемкости карборунда

и

стали и в 12 столбце их отношения. Из данных

таблицы вид­

но, что это отношение меняется не очень значительно в боль­ шей части рабочего интервала температур, за исключением об­

ласти около 700° С, в которой теплоемкость стали, вследствие структурных изменений, имеет резкий максимум.

Определим по формуле (251) отношение расходов топлива в модели и образце, при этом учтем, что вследствие одинаковых

избытков воздуха

и температур

величины

Ц-Су-т

одинаковы

в образце и модели

 

 

 

 

CвR = в

нЛ

= Ci = 0,0790,

 

В„ = 0,0790 • 7500

= 592,5 нм?/час.

 

Определим по

формуле

(253) часовую

производительность

модели. Для этого найдем средние теплоемкости стали и карбо­

рунда в интервале температур

20—1200° С:

для стали

 

 

 

Сн = 0,1637

ккал!кг • град,

для карборунда

 

и

(Сн)м — 0,2514

ккал/кг • град

 

 

DM = 0,28Р

28,5 - 1,465 тн/час.

м

0,2514

 

Последней задачей является определить толщину и материал стен кладки, свода, пода и изоляции глиссажных и опорных труб. Данные по конструкции ограждений печи представлены в табл. 2. Для каждого из них подсчитаны по формуле (230) величины коэффициентов теплопередачи К. При этом величины коэффи­ циентов теплоотдачи к воздуху приняты: для стен а = 6,0, для свода а = 8,0 и для пода а = 4 ккал/м'1 • час • град. Полученные значения даны в 5 столбце табл. 2.

по

Требование равенства в образце и модели критерия

при­

водит к условию

 

Как видно из полученных величин, к изоляционным материа­ лам ограждений, из которых будет изготовляться модель, предъ­ являются очень высокие требования.

По равенству критерия тг'2 температура наружного воздуха

для модели должна быть равна температуре наружного воздуха

для образца. При устройстве изоляции ограждений модели не­ обходимо иметь в виду, что под томильной камеры омывается снизу горячими продуктами горения, поэтому эта часть ограж­

дений может практически

считаться

адиабатической.

Такой ее

надо выполнять и в модели.

 

величину р

 

По формуле

(257) подсчитываем

 

 

? = 0,281

= 0 984

 

 

 

220

 

 

 

Вставляем в

формулу (256)

значения величин ,

Cz, d2 и X,

получаем

 

 

 

 

 

 

1g №)м = —1,2089------.

 

 

s v им

 

 

j >968

 

Полученная

формула

позволяет

по выбранному материалу

изоляции труб модели найти внутренний диаметр изоляции труб.

35. Моделирование нагревательных печей периодического действия

Основное отличие этого случая от предыдущего заключается в том, что здесь часть или все величины, входящие в определяю­ щие уравнения, переменны по времени. В связи с этим должны быть выбраны моменты времени, в которые будет сравниваться модель и образец. Эти моменты определяются по равенству кри­ терия гомохронности Ли для образца и модели.

 

 

С^£н)м_2_ = _£дс7с,

(261)

 

’

\ 1 / 7нС'

с>.

 

где

гм и х — интервалы времени от начала процесса для моде­

ли и

образца.

пространственновременного подобия

образ­

Для соблюдения

ца и модели необходимо, чтобы в сходственные моменты време­

ни в образце и модели имело место подобие условий однозначно­ сти с постоянными по времени коэффициентами подобного пре­ образования. Для этих же моментов времени определяющие критерии в образце и модели должны быть одинаковы. При

111

Смотрите также файлы