Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 221
Скачиваний: 4
Сопоставляя уравнения (4.42) и (4.46), будем иметь
ак ___ |
(4.47) |
cpyw 8'
Записанное нами уравнение (4.47) устанавливает взаимосвязь между интенсивностью конвективного теплообмена ак и коэффици ентом гидродинамического сопротивления трению £. При выполне нии анализа с помощью выражения (4.47) нужно иметь в виду, что оно было получено без учета ламинарного подслоя потока и поэтому приближенно.
Уравнение (4.47) с учетом ламинарного подслоя имеет вид
ак |
|
|
1 |
І . |
(4.48) |
cpyw |
+ |
W І |
|
8 ’ |
|
|
|
||||
1 |
w |
(Pr— 1) |
|
|
где w1— скорость жидкости на границе раздела турбулентного те
чения и ламинарного подслоя.
Следует еще раз отметить, что внешний теплообмен в печи мо жет сопоставляться только с сопротивлением трения, так как именно этот вид сопротивлений обусловлен переносом количества движения от движущегося потока газов к поверхности садки.
Между тем очень часто при омывании поверхности наблюдает ся срыв потока или его расслоение с образованием застойных зон. При этом у поверхности металла образуется сложное поле давлений и возникают силы, во много раз превосходящие силы трения. Такое перераспределение давлений в местах срыва и застоя потока обус ловливает местную потерю (напора), что учитывается выражением
Р м = и - ^ - у , |
(4.49) |
где £м — коэффициент сопротивления по месту |
(в отличие от коэф |
фициента сопротивления по длине). |
|
Расчеты показывают, что при R e=5-104 сопротивление давле нию (потери по месту) составляет более 97% общего сопротивления системы, а сопротивление трению — всего около 3%. Эти цифры дают представление о крайне неблагоприятных условиях, которые складываются в теплообменных системах с плохо обтекаемой сад кой или наличием расслоения потока дымовых газов по высоте рабо чего пространства печи.
Таким образом, в этом параграфе были рассмотрены некоторые простейшие соотношения, связывающие между собой законы тепло обмена и гидродинамического сопротивления трению. Как видно, побуждающим началом теплообмена и гидродинамического сопро тивления является перемещение потока дымовых газов, которые при своем движении переносят как теплоту, так и количество движения.
102
Единство механизма переноса теплоты и количества движения на ходит отражение в количественных зависимостях внешнего тепло обмена (§ 4.2) и гидродинамического сопротивления.
4.5. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГАЗОВОГО И ВОЗДУШНОГО ТРАКТОВ ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЕЧИ
Одна из важных характеристик газового и воздушного трактов печи — сопротивление движению жидкости. Это сопротивление (потеря напора) складывается из потерь трения (сопротивление трению) и потерь по месту (сопротивление давлению) .
Сопротивление потоку в каналах, длина которых велика по сравнению с эквивалентным диаметром (dg), обусловлено главным образом непрерывной потерей энергии движущегося потока жидко сти вследствие трения вдоль стенок канала и садки, в то время как сопротивления местного характера вызваны в основном рассеива нием (снижением) динамического напора в результате местного перераспределения поля скоростей, а следовательно, и поля дав ления.
Снижение динамического напора потока жидкости вследствие трения
АPi |
f |
(4.50) |
|
ИУ2 |
1 dg |
||
|
|||
или |
I |
|
|
W2 |
|
||
А Pi=h 2g |
У dg кГ/м2, |
(4.51) |
где /)= £ /— коэффициент сопротивления трению (коэффициент по терь по длине);
w — средняя скорость жидкости на участке I; для продуктов сгорания топлива:
w = |
м/сек; |
|
F- 3600 |
F — живое сечение расчетного участка для прохода газов.
Экспериментальный коэффициент потерь по длине в зависи мости от скорости потока (Re), шероховатости и конфигурации ка нала приведен на рис. 4.9.
При рассмотрении графиков (рис. 4.9) нужно иметь в виду, что
шероховатые каналы подчиняются условию |
|
|||
k |
^ |
30 |
(4.52) |
|
d g |
> |
Re0'875’ |
||
|
||||
где k — абсолютная шероховатость, зависящая от типа и состояния поверхности канала [14], м,-
юз
Обычно потерю напора по длине обозначают через hi.
Местные потери динамического напора Арн (/іы), выражающие ся в рассеивании энергии потока, что связано с местным перераспре делением давлений, связываются зависимостью только с динамиче-
w2
ским напором р ——: |
|
А рм |
(4.53) |
ш2 = fx |
|
или |
|
W2 |
(4.54) |
Дрм=?м' 2^" У> |
где fM= SM-
Коэффициент потерь напора по месту — мера рассеяния энер гии потока — и представляет собой, согласно формуле (4.53), отно-
Рис. 4.9. Графики зависимости £ = [(Re):
1—2 — для турбулентного течения жидкости вдоль шероховатой и гладкой поверхностей; 3 — для ламинарного течения
шение потерянного давления к динамическому напору. Определяет ся эта величина экспериментально. В соответствии с выполненными экспериментами для отыскания £м составляются графики или эмпи рические формулы [14].
Гидродинамический расчет газового или воздушного тракта пе чи выполняется раздельно для всех расчетных участков. Разбивка тракта на расчетные участки должна выполняться на основании детального анализа его особенностей с последующим выделением участков, на которых скорости и температуру жидкости можно при нять относительно постоянными. Выполнив такой анализ, весь тракт (газовый или воздушный) расчленяют на от-число расчетных участ ков. Для каждого такого участка суммарная потеря динамического
напора
т
|
2 hi= й н + JS hMi кГ/м2, |
(4.55) |
|
г= 1 |
|
где |
hi — сумма сопротивления (по длине и по месту) |
t-расчет |
|
ного участка, кГ/м2\ |
|
104
hu — сопротивление «-расчетного участка по длине, кГ/м2; Ііш— сумма местных потерь (сопротивления по месту «-рас
четного участка), кГ/м2\
т— общее число местных сопротивлений на «-расчетном участке.
Полная потеря напора (общее сопротивление тракта) на тракте печи находится суммированием потерь /г, для отдельных его участков:
|
/гтр= |
hi кГ/м2, |
(4.56) |
|
і = І |
|
|
S hTp — суммарное |
сопротивление |
тракта печи |
(воздушного или |
газового); |
|
|
|
п •— общее число расчетных участков тракта. |
|
||
Г л а в а 5. ТЕПЛООБМЕН В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЛАМЕННЫХ ПЕЧЕЙ
Интенсивность внешнего и внутреннего теплообмена в значи тельной степени влияет на качество нагреваемых изделий и работу печи в делом. Конструктивное оформление современных печей так же во многом определяется характером и интенсивностью теплооб мена в зонах или камере термических и нагревательных печей.
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При температуре печных газов свыше 800° С лучистая состав ляющая теплообмена преобладает над его конвективной составляю щей, причем находятся они в такой зависимости:
сск= (0,05—0,15) ал,
где оск и ал — соответственно коэффициенты теплоотдачи конвек цией и лучеиспусканием, ккал/мг -ч° С (ѳт/.іг2-° К).
В отдельных случаях конвективная составляющая теплового потока равна 50 и даже 100% удельного потока тепла лучеиспуска нием. Преимущественно это наблюдается в низкотемпературных термических печах.
Теплообмен в рабочем пространстве пламенных нагревательных и термических печей представляет собой очень сложный процесс, в котором одновременно участвуют продукты сгорания, футеровка печи и нагреваемый металл, причем доли тепла, переданные поверх ности металла кладкой и продуктами сгорания топлива, как пра вило, неодинаковы. В одних случаях тепловые потоки от футеровки и газов сопоставимы между собой, тогда их приходится учитывать на равных основаниях, в других они имеют разные порядки абсо лютной величины, и одним из потоков при оценке интенсивности теплообмена целесообразно пренебречь. Все зависит от организации внешнего теплообмена. Так, при сжигании топлива в печах, обору дованных беспламенными горелочными устройствами панельного типа, излучением дымовых газов на металл в отдельных случаях можно пренебречь. Результирующие тепловые потоки излучением в такого типа печах имеют направление: продукты сгорания — клад
106
