Файл: Теплообмен в электродуговом нагревателе газа..pdf

гелей это, однако,, нс приводит к появлению дополнительных кри­ териев.

Дополнительный обдув изменяет также условия конвективного теплообмена, что может отразиться на размерах дугового столба, а, следовательно, и на частоте его вращения. Но из предыдущих обобщений видно, что влияние конвективного теплообмена проявля­ ется при малых абсолютных скоростях обдува дуги. Таким обра­ зом, только в том случае, если малы как частота вращения, так н скорость вентиляции зазора, следует принимать во внимание кри­ терий Пекле

Ре — р0гP'VqL/'Ko.

В обычных нагревателях, однако, частота вращения и вентиляция достаточно велики, так что критерий Пекле должен выпасть при обобщении скорости движения дуги.

Вышеприведенные рассуждения хорошо подтверждаются обоб­ щениями частоты вращения дуги в вентилируемом кольцевом за­

Влияние критерия я*,11 незначительно, и им можно пренебречь,

а вместо этого желательно учесть число nj1* . Вместо критерия яд,

отсутствие критерия и замена я ^ на яд. Но основное значе­

ние, надо полагать, имеет дополнительный разброс, обусловленный шунтированием дуги на криволинейных электродах.

■Производилась также проверка влияния изменений условий теплообмена за счет продувания дуги на частоту вращения путем

учета критерия. Существенного снижения среднеквадратичного

отклонения при этом не получалось.

41

І-6. ОБОБЩЕНИЕ ВАХ ПОПЕРЕЧНО ОБДУВАЕМЫХ ДУГ1

Выделяемая .в дуге тепловая энергия передается электродам и окружающему газу. Доля отведенной в электроды мощности существенно зависит от темпера­ туры их поверхности — при использовании тугоплавких электродов (вольфрам, графит) потерн в электродах значительно меньше, чем в установках с холодными электродами. Однако тугоплавкие электроды хорошо работают только при малых токах в инертной ореде и используются главным образом в маломощных плаз­ менных горелках, работающих на аргоне или азоте. Для мощных установок применяются тонкостенные медные электроды, охлаждаемые водой с противоположной сто­ роны стенки.

Большой перепад температуры между дуговым стол­ бом и охлаждаемыми электродами сопряжен с интенсив­ ным теплоотводом от дуги к электродам путем тепло­ проводности и излучения. Существенную роль играет также перенос энергии заряженными частицами. Вслед­ ствие этого у поверхностей электродов имеют место приэлектродные падения потенциалов, которые зависят в основном от материала и состава окружающей среды. Их сумма в дугах, движущихся по охлаждаемым элек­ тродам, колеблется в пределах 14—28,5 В [Л. 114]. Для коротких дуг это может составить значительную часть общего напряжения на дуге, пренебречь которой нельзя. Но для длинных дуг в мощных установках, где напря­ жение достигает сотен и тысяч вольт, приэлектродные падения потенциала не имеют существенного значения.

В связи со спецификой приэлектродных участков ду­ гового столба теплообмен в них протекает иначе, чем в центральной части дуги. Дополнительно к существую­ щим в столбе механизмам энергообмена здесь действу­ ют также и процессы, характерные только для анодного

икатодного пятен. Но так как теория приэлектродных процессов еще недостаточно развита, чтобы удовлетво­ рительно описать приэлектродные процессы, осложняется

изадача обобщения мощности коротких электрических дуг. В длинных дугах при обобщении тепловых харак­ теристик дугового столба в целом приэлектродными про­ цессами можно пренебречь. Так как в элекгродуговых нагревателях обычно используются длинные дуги, при обобщениях ВАХ в дальнейшем мы не будем принимать во внимание приэлектродные явления.

42

Обобщения скорости движения поперечно обдувае­ мых дуг показали, что при том разбросе эксперимен­ тальных данных, который наблюдается, трудно выявить

в основном от двух процессов — отвода выделяющегося в дуговом столбе джоулѳва тепла к границам электро­ проводной зоны путем кондуктивной теплопроводности и конвективного теплообмена на поверхности дуги. Излу­ чение может внести существенные поправки, особенно при высоком давлении. Однако ту часть излучения, пере­ нос которого зависит от градиента температуры, можно объединить с кондуктивной теплопроводностью, куда включается и перенос энергии диффузионными потоками масс, а также и возможная турбулентная теплопровод­ ность. Объемное излучение в случае необходимости нуж­ но учитывать дополнительно.

Таким образом, обобщенные ВАХ геометрически, ки­ нематически и магнитно подобных нагревателей с попе­ речно обдуваемой дугой, работающих на газе постоян­

Влияние возможного «продувания» дугового столба также включено в эту формулу, поскольку критерий

[Л. 100] (медные электроды). Корреляция эксперимен­ тальных данных, как можно видеть на рисунке, доста­ точно хорошая. При изменении 'UL/I примерно на два порядка разброс точек находится в пределах ±60% от­ носительно прямой, проходящей с наклонам —1,36. Однако существующее расслоение точек указывает на

43

необходимость дальнейшего обобщения, что, как предпо­ лагалось выше, можно осуществить путем введения кри­ терия Пекле.

Влияние конвективного теплообмена показано на

рис. 1-7, где приведена зависимость lg ^ --f-1 ,3 6 lg -j-=

= f(B IL ). График'показывает, что критерий Ре® играет существенную роль, в процессах теплообмена между ду­ гой и газовым потоком. Существенно уменьшился и раз-

А

V

*V

■Л

воздушной дуге, движущейся в магнитном поле между параллель­ ными (медными) электродами.

Обозначения те же, что н на рис. 1-3.

брос экспериментальных точек. За исключением одной точки, все остальные лежат ів пределах ±15%.

Однако абсолютное значение показателя степени при критерии Ре(3) значительно" меньше, чем при и'1’ (0,21

против 0,68), что указывает на относительно меньшую роль конвективного теплообмена по сравнению с кондуктивным.

Данные, приведенные на рис. 1-7, можно аппрокси­ мировать формулой

44