книги из ГПНТБ / Бровкин Л.А. Температурные поля тел при нагреве и плавлении в промышленных печах учеб. пособие

Р С Ф С Р Министерство высшего и среднего специального образования

ИВАНОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени В.И.ЛЕНИНА

Л.А. Б Р О В К И Н

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОЛЯ ТЕЛ ПРИ НАГРЕВЕ И ПЛАВЛЕНИИ

ВПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧАХ

(Учебное пособив)

г , Иваново - 1973 г

ILL L - L L 0 = 0 J - 4

Любая,пожалуй, отрасль народного хозяйства включает в себя,

как составную часть, промышленную теплоэнергетику. В промыш­ ленных печах и сушилах, промышленных котельных сжигается свы­ ше половины всего добываемого в стране топлива.

Изучение и совершенствование процессов тепло-массообмэна в

высокотемпературных (огневых) установках промышленной тепло­ энергетики для настоящего времени следует рассматривать как главный резерв возможной экономии топлива и енергии в народ­ ном хозяйстве.

сфрактивное совершенствование и оптимизация процессов, про­

текающих в огневых установках, возможны при условии достаточ­ но простого и вместе с тем достаточно точного их математиче­ ского описания, п сожалению, в настоящее время технические науки не располагают таким описанием и практически мы не мо­ жем рассчитывать, например, промышленную печь, в которой вза­ имосвязанно развиваются процессы смешения и горения топлива,

движения гавов и теплообмена, окислежя металла и шлакообра­ зования.

При всей сложности описания и расчета сопряженных процес-

*

сов тепло- и массообмена в промысленной речи задача эта, не­ сомненно, будет в будущем решена. В настоящее время для ее решения мы уже имеем хорошие предпосылки с внедрением в ин­ женерную практику цифровых вычислительных машин.

Автор поставил целью, пока еще в первом приближении, попы­ таться описать и рассчитать сопряженные процессы в огнетехни-

- 3 -

ческихустановках и, по крайней мере,сблизить инженерные мето­

ды расчетов и достижения науки в тепломассосбмене, вычисли­ тельной математике и вычислительной технике.

Предлагаемый читателю труд включает два раздела. Первый

раздел "Температурные поля в промышленных: печах" посвящен ма­ тематическое описанию.сопряженно протекаютих в рабочем прос­

транстве печей процессов тепло- п массообмена к методам их

расчетов. Раздел в свою очередь разбит на две части. В первой части,в основном,рассматривается явление теплопроводности,

формирующее, температурные’поля в нагреваемых телах (металле)

и ограждениях (кладке) печей. Во второй части рассматриваются температурные поля в газовом объеме рабочего пространства пе­

чей и их связь с движением газов и теплообменом с пограничны­

ми твердыми телами.

Второй раздел книги "Режимы промышленных печей" состоит из

трех частей и включит "Конструктивные схемы и режимы работы

Аабукина С.Н., Цуката В .А ., Цурлаковой Т .Г ., Гнеадова Е.Н.,

Девочкиной С.И., Дорофеева В.Н., Коптева В .Г ., йоровицына1 0.Г,

Тыловой Л .С., Соколова А.К. и Пйпилова 1.М.

Автор благодарен коллективу кафедры ва помощь в подготовке,

написании и издании книги.

- 4 -

LL I = & = L L I =£ I= L I= = = 4 = = I=I:, I )=§=P=I

ЧА С Т И

тепла в твердом теле определяется явлением теплопроводности, а

температурное поле рассматривается как решение дифференодально-

го уравнения теплопроводности. Уравнению теплопроводности,крае­ вым услошям для его решения и теплофизическим коеффициентам

- уравнение гиперболического тепа и предлагаемое нами уравнение в смешанных проивводных - лучше отражают неравновесную природу и маханивы явления теплопроводности, но не дают ощутимых уточ­ нений в расчете температурных полей топливных печей.

Во второй главе даются основные понятия и сведения ив класси­ ческой теории теплопроводности. Классическая теория рассматрива­ ет температурные поля в линейных задачах теплопроводности как решения уравнения Фурье с постоянными коэффициентами при гранич­ ных условиях, отражающих линейные зависимости от температуры те­ ла ит вообще от нее не вависящх.

Над решениями линейных задач и их интерпретаций к расчетам

- 5 -

л о т граничными условиями теплообмена, предлагается новый уни­

версальный метол дискретного удовлетворения граничных условий.

Метод дискретного удовлетворения ванимает променуточное поло- '

.женио между аналитическими и хмеленными методами и в отличие от численных методов позволяет по учить решение в виде обобщен­

ной аналитической зависимости. Ме:’од дискретного удовлетворения опробован на решении рада задач, оценена погрешность метода и даны рекомендации по его использованию. Метод является весьма

перспективным для решения задач .с неявно заданними граничным*

число методов и форцул приближенных расчетов температурных по­ лой тел при лучистом нагреве. В 1926 г . Б.В. Старком была предло­

жена расчетная формула, справедливая для термически тонких тел.

С поправками на массивность по Л.В.Дудрмну,^.^. Сешкицу и др.

авторов формула Б. В. Старка до сих пор широко используется в ин­ женерной практике. Для расчета нагрева тел независимо от их массивности разработан метод тепловой диаграммы И.Д.Сад^кина,

известны зональный метод Г.П.Войкова - Н.В.Шумакова, таблицы А.В.Кавадерова и Ю.А.Самойловича, аналитические методы и■цкзрцу-

лн Ю.В.Вид-.на, В.В.йванова, К.С*Постольника, Н.П.Свинолобова,

известны номограммы В.В,Саломатова, В.Н.Соколова и других авто­ ров. Нами предложены 3 метода расчета лучистого нагрева (по времени запаздывания подъема средней по массе температуры тела по сравнению с температурой облучаемой поверхности; метод па­

- 7 -

раболической аппроксимации зависимости теплофжзических коэффи­ циентов тела от температуры и,наконец, метод дискретного удов­ летворения граничных условий). На основе формул, вытекающих из метода параболической аппроксимации, удалось обобщить известные в литературе данные численных расчетов нагрева тел излучением в

вида номограмм. Наши номограммы, в отличие от известных номог­

рамм других авторов, обобщены по начальным условиям и могут с успехом применяться для расчетов как нагрева/ так и охлаждения

тел лучеиспусканием. Методом дискретного удовлетворения эффек­

тивно решаются сложные сопряженные задачи по отысканию системы температурных полей нескольких тел с учетом лучистого теплооб­ мена между ними.

В этой же главе рассматриваются алгоритмы и численные реше­

ния некоторых 8адач лучистого нагрева цилиндрических тел в про­ мышленных печах.. В частности приводятся обобщенные в виде номо­ грамм расчеты температурных полей односторонне нагреваемых и с определенной частотой во времени кантуемых сплошных цилиндров,

а также расчеты симметрично нагреваемого, но полого цилиндра кон&чной длины.

В главе петой рассматриваются температурные поля тел с зави­ сящими от температуры теплофивическими коэффициентами. Анализ иэвестных в литературе методов (А.И.%рный,Л.И.Кудряшев и др .)

приближенных расчетов температурных полей с переменными коэффи­ циентами показывает, что эти методы не эффективны.

Предлагается при граничных условиях первого и второго родов и с -

польэовать интегральные подстановки Варшавского и Кудряшева,

что обеспечивает хороиую точность расчета для тел с неэначи-

- 8 -