Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 230

Скачиваний: 4

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

+ іт а ? [ ( ^ ) ‘- ( ж П } « “ /-•'■•с ("/-••К).

(5.36)

Угловые коэффициенты срМЛІ и фМ)Кл с некоторыми допущениями могут быть взяты из работ [1] и [48].

При нагреве крупногабаритных заготовок или готовых изделий в камерных печах (рис. 5.5, в) лучистый теплообмен в системе га­ зы — кладка — металл существенно отличается от случаев, рассмот-

. репных ранее. Для условий

ф к л .к л = ф м , м = = О

записываем

 

 

 

ф

н л . м

----- ф м , К Л ------- 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8-711г,м --

е г Ё м [ 1 _Ь ( 1 — 8 г) ( 1 — Ё к л )]

 

(5.37)

 

1 — (1 — е г ) 2 ( 1 — £ к л ) (1 — Ем)

 

 

 

 

 

 

 

 

S n1кл,м —

 

 

 

Ёклбм(1'

Ёг)

 

 

 

(5.38)

 

1

(1 — ё г ) 2 ( 1

 

ё к л )

(1

8м)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЁГЁКЛ [I “Ь ( 1

ёг) ( 1

Ем)]

 

(5.39)

 

е"г,кл=

1 —(1—ёг)2(1—екл) (1—ём) '

 

 

 

 

Подставляя

выражения

(5.37) — (5.39)

в

формулу

(5.27), по­

лучаем

 

=

____________ Со____________

 

 

 

 

 

 

 

“ Л

1

(1

 

Ёг ) 2 ( 1

Ё к л ) (1

8 м ) А

 

 

Ч, / ЁГЁМ[1~К^ —£г) (1

Ёкл)] Г /

Тт \ 4_ / Гм \ 41

 

Х Ѵ

 

 

Гг—г«

 

 

 

LV loo /

V 100^ j

 

~|— Ёклбм(1

ёг)

Г/Гкл\4_

/ і к ) 4] |

Ккал/ М2.ц.°с

(вт/м^°К).

Гкл—Г„

1- V 100у

 

MOO' J J

 

'

 

у

(5.40)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Степень

черноты

излучающих

дымовых

газов

ег,

входящая

в выражения

(5.28) — (5.30),

(5.32) — (5.34)

и

(5.37) — (5.39), опре­

деляется по формуле

 

Ër!=

£C02i+ßeH20i,

 

 

 

(5.41)

 

 

 

 

 

 

 

где есо2г — степень черноты углекислоты:

есо2г = |:(7’гг, pl’COz) ;

ß — поправка на парциальное давление водяных паров; Ён2оі — степень черноты водяных паров:

ён2оі = /і (Ггі; р/н2о).

117

Парциальные давления углекислоты и водяных паров в рабочем пространстве печи находятся из выражений

Рс°2= - од02

Р и Ря2о = -

з д !° -рата,

(5.42)

2 Ѵі

2

^

 

i=1

i=l

 

где Ѵсог и Пн;0 — объемы излучающих компонентов продуктов сго­

рания, нм3/ HM3]

4(5)

Д/ Ѵі — суммарный объем продуктов сгорания, нм3/нм3.

а

/&М ■тм Рм,м =0

I I I

1 г г

<Г

в

■/5

I /£м> тм. Рмм^0

I

і__/

 

Г~п r h m

ѵ м м / м / / У / >'■>'/>■ /■'■''/// M L

\

Рис. 5.5. Схема для расчета лучистого теплообмена:

а — при ФЫ|М= 0 ; б — при <РЫ лчМ); а — в камерноі) печи

Для расчета осл в соотношениях (5.31), (5.36) и (5.40) необхо­ димо знать угловые коэффициенты, отыскание которых сопряжено со значительными трудностями. Чтобы рассчитать коэффициенты теплоотдачи излучением, можно использовать приближенные и вме­ сте с тем дающие вполне удовлетворительные результаты зависи­ мости.

При плотной укладке (фм,м=0) заготовок или изделий (рис. 5.5, а) коэффициент теплоотдачи находится из выражения (5.23), в котором приведенная степень черноты системы епі тел, участвующих в тепловом излучении в і-зоне печи, рассчитывается по выражению

JI8

 

1

 

 

(1—8rf)-(-l

 

8n i — 8м8гі

<öt

(5.43)

 

 

(1 —8гі) [8м~Ьбгі (1

8м)]-|-Ёгг

 

(Bi

 

где EMи еГі — степени черноты поверхности металла и газов в і-зоне печи (табл. 5.2 и формула (5.41));

он — степень развития кладки зоны или камеры печи:

Fкл

Иі=

-^клг — площадь излучающей

кладки зоны;

FMi — лучевоспринимающая

поверхность металла, разме­

щенного в соответствующей зоне, м-.

При укладке заготовок с некоторым шагом (как это имеет место в печах с шагающим подом, конвейерных печах и т. п.) суммарная приведенная степень черноты системы будет несколько ниже, чем при плотной укладке. Последнее объясняется рассеиванием тепла при взаимном облучении поверхностей заготовок (фм,м=?^0):

^і8«.і— 2еп пов і~|~Ётгг

(5.44)

„S Спг'— Со JSEni,

(5.45)

где ЁПпов і и Ёпі — соответственно приведенные степени черноты металла и системы металл — футеровка — газы:

 

1 “Ь ßli—фм,м (1

8гг)

 

(5.46)

Ё П П О В І ------Ё Г І Ё М ßli [EM-j-Ëri ( 1—Ем)]-}-Ёгг [1 фм,м (1

8гі) (1' 8м)]

ß ii=

1

8гі) (1 фм,м);

 

(1

 

 

' п пов г

 

 

 

 

Фм,м — угловой коэффициент:

 

 

 

 

фм,м=У 1+ Ф 2—Ф;

 

 

ф — относительный зазор

(рис. 5.5, б):

 

 

Іг—Хг

 

 

 

 

ф = — — ;

 

 

 

СОг

, = (ші+

1) (1+ф) +

1

 

^ п пов ?

 

 

 

 

со, — степень развития кладки t-зоны.

ІИ>

В соответствии с (5.43), (5.44) и (5.46) записываем расчетные З'равнения для отыскания лучистой составляющей коэффициента теплоотдачи.

Для случая срм,м = 0 имеем

 

 

 

 

 

 

 

С об рвм f

 

(1 в г ) - f - 1 1

 

ал-

 

 

 

 

 

 

L (ö

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

(1— ег)[ем-(-8г( 1— ём)]+ ёг|' (Т'г—Т’м)

 

 

 

 

 

 

 

* [ ( £ ) - (тЫ‘1 .

(5.47)

При фм,м^ = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

__ £

\ ______________ Ёгвм [1 4~ßl

фм,м( 1

6г)]

+

 

1

ß l [ ём

ё

г ( 1

— Е м )] +

ег[1— ф м ,м ( 1 — Ёг) ( 1 — Е м )]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ё г ё м [

(1

E r) - j - 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L CO

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

СО

ё г ) [ ё м _ {_ ё г ( 1 — Ё . м ) ] - ) - Е г

 

 

(

~

)

'

4-

(

—

) 4

 

 

 

 

X

4 0 0

 

~

'

100 /

 

 

(вт/м2-° К).

(5.48)

--------- ~

----------к к а л /м 2-ч-°С

 

 

 

 

■* Г

1

м

 

 

 

 

 

Температура внутренней поверхности футеровки печи Тцл » В Х О -

дящая в формулы

(5.31),

(5.36)

и

(5.40),

может быть рассчитана

с помощью следующих выражений:

 

 

 

При фм,м=0

Г«л=

1Т

мНі ,

{ ® + 1

[

ё м

 

+

ё г

( 1

ё м

) ] } ( 7 ’

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

Г м 4 )

(5.49)

 

 

-------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

;— :--------------

 

 

;

 

 

 

 

 

Ё м Ң - Е г ( 1

Ем)

1

Ег

 

+ 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ег

 

 

 

 

при фм,м=7^0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

г

 

1 -

 

( 1 -

 

 

 

( 1—ф м , м )

 

(Гр*-Гм*)

 

{

С 0 +

—

Е

 

г )

}

 

Гкл—| /

г„ 4+

------

і—

 

-------------------

 

 

 

 

 

—

---------------

 

 

.

(5.50)

 

 

 

—

( 1

— Ё г )

(

1 —

Ф м , м )

— ----------—

 

+ и

 

 

 

 

 

СО

 

 

 

 

 

 

 

 

6 г

 

 

 

 

 

На этом рассмотрение вопросов, касающихся внешнего тепло­ обмена, целесообразно закончить. Дополнительные и более глубокие ■сведения по лучистому и конвективному теплообмену в печах можно получить при знакомстве с соответствующими разделами литера­ туры [43]—[49].

120

5.4. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ О ВНУТРЕННЕМ ТЕПЛООБМЕНЕ

Прогрев заготовки или изделия до заданной температуры про­ исходит за счет теплопроводности.

Для решения задачи о внутреннем теплообмене можно исполь­

зовать дифференциальное уравнение теплопроводности:

 

dt

= а

дЧ

дЧ

дЧ

(5.51)

дх

дх2 +

ду2 +

dz2 )■

Решение (5.51) производится совместно с условиями однозначности, куда входят граничные условия, которые выбираются в соответствии с принятым температурным графиком работы зоны или камеры печи. Однако прежде, чем перейти к решению задачи о внутреннем теплообмене, выполним следующую классификацию.

Все нагреваемые заготовки или изделия подразделяем на тела классической и произвольной формы. Причем если соблюдается условие

- ^ - < 0 ,1 , (5.52)

где X-— толщина пластины или диаметр цилиндра, м;

X — меньшая сторона пластины (/щш) или высота цилиндра, м.

то тело должно быть классифицировано как классическое (соответ­ ственно бесконечная пластина, неограниченный цилиндр или шар). Иногда длинную прямоугольную призму с точки зрения теплообмена целесообразно рассматривать как цилиндр с эквивалентным диа­

da

метром da. И если окажется, т ^ 0,1, то такую призму молено

приравнять к неограниченному цилиндру. В противном случае заго­ товка или изделие относится к телам произвольной формы.

Разделение нагреваемых объектов на тела классической и про­ извольной формы имеет важное значение, так как в телах класси­ ческой формы поток теплоты одномерен (в пластине он направлен по ее толщине, а в цилиндре и шаре — по радиусу). В телах произ­ вольной формы потоки двух- и трехмерные. Предусмотреть заранее преимущественное направление тепловых потоков в рассматривае­ мом теле (как это имеет место в случае пластины, цилиндра и шара) нельзя. Совершенно очевидно, что формулы и методики расчета по­ токов и температур, а также и времени нагревания в этих группах тел не могут быть одинаковыми.

Наряду с подразделением на тела классической и произвольной формы нагреваемая заготовка в соответствии с критерием Ві молсет рассматриваться как массивное (В і^ В ікр) или тонкое (ВКВікр) тело. Критическое значение критерия Ві принимается равным 0,5.

Установлено, что прогрев сечения «тонкого» тела происходит равномерно примерно до одинаковой температуры, в то время как при нагревании «массивных» заготовок или изделий температура в средине контрольного сечения сильно отличается от температуры

121

Смотрите также файлы