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: 226
Скачиваний: 4
Пренебрегая в выражении (5.18) критерием Gr (так как влия ние свободной конвекции невелико), а также решая (5.18) и (5.19) относительно коэффициента теплоотдачи а, для ламинарного и тур булентного омывания поверхности металла соответственно будем иметь
ак=0,17 |
R e/’33 Рг/0'4 |
(5.20) |
и |
аэ |
|
|
|
|
ак=0,023 — Re^s Рг/0’4 |
ккал/м2-ч-°С {вт/м2-0К) |
(5.21) |
аэ |
|
|
(1 ккал/ я 2 • ч ■° С= 1,16 вг/м2• ° К).
Рис. 5.2. Графики зави симости kt—f(tг ) при
нагревании металла в турбулентном потоке про дуктов сгорания:
/ —7 — соответственно для значений ^ноО ^ЗО ; 25; 20;
15; 10; 5 и 2%; 8 — для воз духа
Рис. 5.3. Графики |
за |
висимости k t = f |
{ t r ) |
при охлаждении |
ме |
талла в турбулентном потоке продуктов сго рания;
1—9— соответственно |
для |
|
<м=100; 150; 200; |
250; |
300; |
’ 350; 400; 450 и |
500° С |
|
Рис. 5.4. Гра фики зависимо
сти k i =
I и — соответ
ственно длина и эквивалентный диаметр живого сечения зоны
В выражениях (5.20) и (5.21) в качестве характерного размера принимается эквивалентный диаметр канала для прохода продуктов сгорания
где F — живое сечение отсека горения |
или части |
камеры (со |
сто |
роны омываемой поверхности |
металла) |
для прохода |
га |
зов, м2; П — периметр сечения рабочего пространства печи, м.
Для переходного режима |
движения газообразной жидкости |
в рабочем пространстве печи |
(2- 103< R e < 5 - ІО3) формула (5.18) |
перепишется |
|
112
а к= 0,0036 |
А w Рг/. |
(5.22) |
|
V |
|
В формулах (5.20) — (5.22) в качестве определяющей темпера туры используется ее среднее значение в рассматриваемой зоне или камере (по жидкости). Коэффициенты kt и ki соответственно позво ляют внести поправку на температуру потока (рис. 5.2 и 5.3) и на чальный участок канала (рис. 5.4). На графиках (рис. 5.2 и 5.3)
tr и tu соответственно средние значения температуры газов и поверх ности металла
М= 2 '
Критерий Ргj может быть взят из табл. 5.1.
Та б л . 5.1. Критерий Ріу для продуктов сгорания среднего состава (естественная атмосфера с окислительными свойствами) и сухого воздуха
|
Критерий |
Р/у |
Температура, °С |
продукты сгорания |
воздух |
|
||
0 |
0,72 |
0,707 |
100 |
0,69 |
0,688 |
200 |
0,67 |
0,68 |
300 |
0,65 |
0,674 |
400 |
0,64 |
0,678 |
500 |
0,63 |
0,687 |
600 |
0,62 |
0,699 |
700 |
0,61 |
0,706 |
800 |
0,6 |
0,713 |
900 |
0,59 |
0,717 |
1000 |
0,58 |
0,719 |
1100 |
0,57 |
0,722 |
1200 |
0,56 |
0,724 |
1300 |
0,55 |
|
1400 |
0,54 |
|
1500 |
0,53 |
|
Установив расчетные формулы, позволяющие находить интен сивность конвективного теплообмена между газами и поверхностью металла (5.20) — (5.22), и имея в виду, что теплообмен со стороны продуктов сгорания совершается и лучеиспусканием, рассмотрим явление теплового излучения между излучающей системой и садкой.
8 Зак. 354 |
113 |
5.3. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ
Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи а л к по верхности металла (как и его конвективная составляющая) для каждой зоны печи рассчитывается индивидуально:
|
Т'изл \ 4_ |
/ |
Гттогл \ 4 |
С£л — Совп |
Тею/ ~ |
‘ |
loo ' ккал/м2-ч-° С (вт/м*-° К), (5.23) |
|
Т„зл—Т„ |
|
|
где Со — коэффициент излучения абсолютно черного тела:
Со=4,96 ккал/м2-ч°¥^ {вт/м*-° К4);
е„ •— приведенная степень черноты системы, в которой происхо дит теплообмен:
|
6?і /(в„г, м, е"г, кл’ |
8пкл, м ) ’ |
|
|
е , ѵ г м, еП[, ѵч и |
е,і м — соответственно приведенные степени черно |
|||
|
ты систем газ — металл, |
газ — кладка и |
||
|
кладка — металл, рассчитываемые по фор |
|||
|
мулам (5.28) |
— |
(5.30), |
(5.32) — (5.34) |
Тпз.і |
и (5.37) — (5.39); |
|
|
|
и 7’погл — соответственно |
температуры излучателя |
|||
|
(газ или кладка) |
и поглотителя (металл |
||
|
или кладка), 0К. |
|
|
|
Лучистый теплообмен в печи характеризуется потоками тепло ты от продуктов сгорания к поверхности металла и кладки и от кладки к металлу, соответственно qr, м, <7г, кл и qKn, м- Согласно (5.23), эти потоки можно представить так:
qг, м— Со&пг, м [ ( |
М ‘ |
( |
л |
• |
(5.24) |
|||
|
|
|
|
100 ’ |
|
J ’ |
|
|
qv.ii, м= |
'(llHL) 4_ |
|
( |
)41 |
(5.25) |
|||
|
:Со8пкл, ы| |
іоо/ |
|
' 100 / |
J |
|
||
qг, кл — CoSnг,кл[ ( |
|
|
Тѵп \ 4 1 |
|
(5.26) |
|||
100' |
' |
100/ |
|
J |
' |
|||
|
|
|||||||
Грубо приравнивая теплопотери в окружающую среду теплопритоку за счет конвекции от газов к футеровке печи, записываем
q г, кл---f/кл, мі
qtii=z<Jv, м~Ь9кл, MI |
(5-27) |
где q„ — тепловой поток излучением к поверхности металла.
114
Рассмотрим случай лучистого теплообмена при плотном разме
щении заготовок в печи (фм,м— 0 и фм.кл— 1| фкл,м= г-, |
, рис. 5.5, а). |
|||||||||||
В соответствии с литературой [14] имеем |
г кл |
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
8п |
|
■— |
|
|
&Г&М[1 “ЬфкЛ.М (1 |
|
6г) (1 |
бкл)] |
|
|
|
|
пг,м |
|
1—фкл,кл( 1—Ег) ( 1 |
Екл) |
фкл,м(1 Ёг)20 |
6кл)(1 |
Ём) |
||||||
|
|
|
|
|
|
6кл6м(1 |
6г) |
|
|
|
(5.28) |
|
8п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
“ кл,м |
1 |
фкл.кл(1 |
Ё г ) (1 |
Бкл) |
фкл,м(1 Б г ) 2 ( 1 |
Бкл) ( 1 |
6м) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.29) |
г,нл |
|
|
БгБкл [1 “Ьфкл.м ( 1 |
8г) (1 |
6м)] |
|
|
|
||||
1' |
'фкл.кл(1 |
6г) (1 |
Бкл) |
фкл,м(1 Бг)2(1--Бкл) (1 |
6м) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.30) |
где |
|
|
Бг — степень черноты продуктов сгорания топлива в і-зо- |
|||||||||
|
|
|
|
не печи, см. выражения (5.40) и (5.41); |
|
|
||||||
Бкл и ем — соответственно степени |
черноты кладки и поверх |
|||||||||||
|
|
|
|
ности нагреваемого металла, табл. 5.2; |
|
|
||||||
фкл.м, Фкл.кл — угловые коэффициенты [1] и [48]. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Та б л . 5.2. Степень черноты в полного излучения |
|
|
||||||
|
|
|
|
Материал |
|
|
Температура, |
£ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
°С |
|
|
|||
|
|
|
|
О г н е у п о р н ы е и и з о л я ц и о н н ы е м а т е р и а л ы |
|
|
|
|||||
Огнеупорные материалы слабоизлучающие |
|
|
500—600 |
0,65—0,7 |
||||||||
То же |
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
0,75 |
То же, |
|
но сильно излучающие |
|
|
|
500—600 |
|
0,8—0,85 |
||||
|
|
|
» |
|
|
|
|
1000 |
|
0,85—0,9 |
||
Динасовый кирпич неглазурованный шероховатый |
1000 |
|
|
0,8 |
||||||||
То же, |
|
но глазурованный |
|
|
|
|
1100 |
|
|
0,85 |
||
Шамотный кирпич глазурованный |
|
|
|
1100 |
|
|
0,75 |
|||||
Магнезитовый кирпич (80% |
MgO, |
996 А120 3) |
|
|
1500 |
|
|
0,39 |
||||
Асбестовый |
картон |
|
|
|
|
24 |
|
|
0,96 |
|||
Асбестовая бумага |
|
|
|
|
40—370 |
0,93—0,95 |
||||||
|
|
|
|
|
|
М е т а л л ы |
|
|
|
|
|
|
Сталь листовая шлифованная ■ |
|
|
|
940—1100 |
0,52—0,61 |
|||||||
Стальное литье полированное |
|
|
|
770—1040 |
0,52—0,56 |
|||||||
Сталь окисленная при 600° С |
|
|
|
200—600 |
|
0,79 |
||||||
Сталь |
листовая с плотным блестящим слоем окиси |
25 |
|
|
0,82 |
|||||||
Сталь окисленная шероховатая |
|
|
|
40—370 |
0,94—0,97 |
|||||||
Чугун окисленный при 600 °С |
|
|
|
200—600 |
0,64—0,78 |
|||||||
8* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
115 |
Подставляя уравнения (5.28) — (5.30) в выражение (5.27), за писываем формулу для расчета коэффициента теплоотдачи излуче нием:
1 |
фкл,кл(1 8г) (1 |
8цл) |
фкл,м(1 |
8г)2(1 |
8кл)(1 |
8м) |
ѵ I |
8г8м [1 -j-фкл.м( 1 |
8г) (1 |
8кл)] [Y |
\4 |
/ |
\4"| |
|
гг—гм |
|
|
|
+ |
|
+іТ ^ [ ( ш ) ‘- (шШ
(5.31)
где Гг, Гкл и Гм — соответственно температуры продуктов сгорания
(среднее эффективное значение), футеровки и по верхности металла, °К-
Если заготовки или изделия уложены в печи с некоторым шагом
при фм.м^О, (рис. 5.5, б), то значения еПгм. е„ |
и еПгкч рассчиты |
|||||||||||
ваются по формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
_ |
|
|
|
|
Бгбм |
|
|
|
|
|
(5.32) |
|
г,м |
[1 фкл.кл( 1 |
8г) (1 |
8кл)][1—фм,м(1 — 6г) (1 —8м)]- |
|||||||||
|
||||||||||||
|
|
фкл,мфм,кл( 1 |
£г) 2 (1 |
|
бкл) (1 |
8м) |
|
|||||
__ |
|
|
|
8кл8м(1 |
8р) |
|
|
(5.33) |
||||
6 п кл,м |
[1 — ф кл ,к л (1 — 8г) ( 1 — 8кл)] [1 — фм,м(1 — 8Г) (1 — Е м )] - |
|||||||||||
|
||||||||||||
И |
|
фкл.мфм.кл (1 |
8г) 2 (1 — бкл) (1 |
Бм) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
______________________________ 8г6кл |
|
|
|
|
, |
(5.34) |
||||||
Г,І'Л |
[1 — фкл.ил ( 1— 8г) (1 |
Бкл)][1 |
|
фм,м (1 |
||||||||
|
8г) (1 6 м )]— |
|
||||||||||
|
|
фкл,мфм,кл (1 |
8г) 2 ( 1 |
|
бкл) |
( 1 |
8м) |
|
||||
Коэффициент теплоотдачи излучением к поверхности металла |
||||||||||||
(фм.М^О) |
|
|
(JГ,М |
|
|
<7кл,м |
|
|
||||
|
|
|
« л = |
|
|
|
(5.35) |
|||||
|
|
|
----— + |
Гкл |
Гм |
|
||||||
|
|
|
|
Гг |
Гм |
|
|
|
||||
Подставляя |
формулы |
(5.32) — (5.34) |
в последнее выражение, |
|||||||||
запишем |
|
|
|
|
Со |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ал- [1—фкл,кл(1—8Г) ( 1 £нл)][1 |
|
фм,м(1 |
8г) (1 8м)]" |
X |
||||||||
|
|
фкл.мфм.кл(1 |
8г) 2 ( 1 |
|
бкл) (1 |
Б.м) |
|
|||||
|
|
/ |
вгЕ м |
Г / |
Гг |
у |
|
/J [ M \*1 |
|
|||
|
л |
I Г г - Г м |
100 1 |
м оо > і + |
|
|||||||
116
