Нагрев тел при краевых условиях третьего рода

Тонкие тела. В нагревательных и термических печах передача тепла к поверхности нагреваемого изделия осуществляется конвекцией и излучением.

Если преобладает конвективный переход тепла, то время нагрева металла определяют по уравнению:

ч,

где M – масса находящегося в печи металла, кг; с – теплоемкость металла, ; F – поверхность металла воспринимающая тепло, ; – температура печи, К; и – температура металла соответственно конечная и начальная, К.

В случаях, когда преобладает передача тепла излучени­ем, время нагрева тонких изделий следует определять по выражению:

ч,

где С_пр – приведенный коэффициент излучения системы печь – металл, .

Значения функций f₁ и f₂ определяют по графикам [1, с. 90].

Массивные тела. При условии, что температура в печи практически одинакова во всех точках рабочего пространства время нагрева массивного тела:

ч,

где – критерий Фурье; a – коэффициент температуропроводности, .

Сложнее проводится расчет времени нагрева для печей с постоянной во времени, но переменой по длине рабоче­го пространства температурой (например, мето­дические печи).

Для того, чтобы к расчету времени нагрева в методической зоне можно было применить описываемый метод расчета при крае­вых условиях III рода необходимо поступить следующим образом:

1. разбить методическую зону на несколько участков с усреднением температуры печи в преде­лах каждого из них;

2. принять усредненную температуру печи постоянной в пределах каждого участка;

3. рассчитать соответствующее данному участку время нагрева заготовки;

4. рассчитать общее время нагрева заготовки в методической зоне суммированием найденных для каждого участка значений времени нагрева.

При расчете методической зоны следует учитывать, что чем на большее число участков она разбита, тем более точным будет расчет.

Для определения полного времени нагрева металла в методической печи, надо сум­мировать время нагрева, полученное для методической и сва­рочных зон. Если металл на выходе из последней сварочной зоны прогрет по сечению недостаточно, необходимо осуществить его выдержку в томильной зоне печи.

Определение выдержки металла. Выдержку (томление) ме­талла осуществляют для выравнивания температуры по его толщине. В томильной зоне поддерживают температуру печи приблизительно на 50 ⁰С выше темпе­ратуры поверхности металла. При этом температура поверхности за­метно не повышается, а тепло, падаю­щее на поверхность металла, прони­кает внутрь и способствует по­вышению температуры центра заготовки. При определении времени томления используют специальные графики рис.

Пусть – начальная раз­ность температур поверхности и цент­ра тела, а – конечная разность этих температур, тогда отно­шение представляет собой степень выравнивания температуры, определяющую в основном время томления металла.

Время томления металла может, быть определена по выражению:

ч,

где m – коэффициент, зависящий от степени выравнивания температур, который определяют по гра­фику [2, c. 152].

Более подробно о расчетах нагрева металла в различных типах печей, а также необходимые справочные данные [3, 4].