Вопросы для самопроверки к разделу 4

1. Какие приемы применяют для непосредственного наблюдения характера течения жидкостей и газов в объёме и его модели?

2. В чем заключается различие между константами подобия и индикаторами подобия?

3. Чем отличается физическое подобие от геометрического?

4. Приведите общие и частные формы выражения критерия подобия Ньютона в зависимости от характера рассматриваемых сил.

5. Существует ли один универсальный критерий подобия, справедливый для моделирования любых процессов?

6. Что выражает критерий гомохронности?

7. Какой критерий подобия применяют при исследовании явлений, где преобладают силы давления?

8. Можно ли рассматривать третью теорему теории подобия как обратную по отношению к первым двум?

9. Какие критерии подобия оказываются определяющими при моделировании конкретного явления?

10. Назовите краевые условия при физическом моделировании.

11. Приведите требования теории подобия и опишите их практическое значение при проведении физического моделирования.

12. Какие свойства явлений дают возможность прибегать к приближенному моделированию вместо точного?

Раздел 5. Теплообмен в металлургических печах

Основные понятия. Вообще существуют три способа передачи теплоты (теплопередачи) между телами: конвекцией, излучением и теплопроводностью. Из них первые два – конвекция и излучение – являются внешними по отношению к нагреваемым материалам и изделиям, а последний – теплопроводность – внутренним способом распространения теплоты в самом находящимся в печи теле.

Источником теплоты, как следует из предыдущих разделов дисциплины является пламя сгорающего топлива (в печах, отапливаемых в настоящее время в основном – природным газом и значительно реже – мазутом), а в электрических печах – дуга (электродуговые печи прямого или косвенного действия), раскаленный электрическим током нагреватель – нихромовый или силитовый – в печах типа электросопротивления, или, наконец, - индуктор, питаемый электрическим током промышленной, повышенной или высокой частоты и возбуждающий вихревые токи в нагреваемом или расплавляемом металле.

Оценкой интенсивности действия источника теплоты служит тепловой поток, Вт

где Q₁₂ – общий тепловой поток от первого (1) тела, являющегося источником теплоты, ко второму (2) телу, воспринимающему эту теплоту для поддержания заданной температуры или до её пределов, которые обеспечивают нормальное протекание того или иного технологического процесса.

F₂ – тепловоспринимающая поверхность, м²;

q₁₂ – удельный тепловой поток, или плотность теплового потока, Вт / м²;

Различают понятия стационарного и нестационарного процессов теплообмена.

Стационарным тепловым состоянием тела является такое его состояние, при котором в каждую единицу времени тело получает столько же теплоты Q_d, сколько ее отдает Q_c другим телам. Примером может служить состояние элементов нагревательной печи при постоянной температуре рабочего пространства (выдержка при заданной температуре в процессе термической обработки тела). Несмотря на непрерывное теплопотребление печью электроэнергии или энергии сгорающего топлива, температура t_х, ⁰С в каждой точке находящегося в печи объекта остается постоянной во времени. То же относится к каждой точке огнеупорной кладки стен, свода и прочих элементов конструкции печи. Итак, при

Q_d = Q_c

имеем

t_X = const.

К нестационарному тепловому состоянию относятся все случаи нагревания (Q_d > Q_c) или охлаждения (Q_d < Q_c) тел, когда в каждой точке тела температура изменяется. Это изменение определяется теплофизическими свойствами материала тела и условиями теплообмена с нагревающей или охлаждающей средой.