2. Электротермические установки
Одной из наиболее распространенных групп электротехнологических установок общепромышленного назначения является группа электротермических установок.
Электронагрев (электротермия) объединяет разнообразные технологические процессы тепловой обработки с использованием электроэнергии в качестве основного энергоносителя.
Применение электрической энергии для нагрева имеет ряд достоинств
существенное снижение загрязнения окружающей среды;
получение строго заданных значений температур, в том числе и превосходящих уровни, достигаемые при сжигании любых видов топлива;
создание сосредоточенных интенсивных тепловых потоков;
достижение заданных полей температур в нагреваемом пространстве;
строгий контроль и точное регулирование длительности выделения энергии;
гибкость в управлении потоками энергии;
возможность нагрева материалов изделий в газовых средах любого химического состава и вакууме;
выделение тепловой энергии непосредственно в нагреваемом веществе.
Использование электронагрева вместо пламенного в некоторых технологических процессах позволяет получить большую экономию топлива и сократить количество обслуживающего персонала. Внедрение электротермии также обеспечивает экономию материальных и трудовых ресурсов, что в конечном результате приводит к повышению экономической эффективности.
Вся литература и информация об электронагреве подбирается и учитывается по международной системе – универсальная десятичная классификация (УДК) [17]. Каждому понятию присваивается индекс УДК, например
электропечи сопротивления – УДК 621.365.3;
индукционные печи – УДК 621.365.5;
вакуумные индукционные печи – УДК 621.365.55 – 982.
2.1. Виды теплопередачи
Электротермические процессы связаны с преобразованием электрической энергии в тепловую с переносом тепловой энергии внутри тела (твердого, жидкого, газообразного) или из одного объема в другой по законам теплопередачи.
Теплопередачей (теплообменом)1называется переход тепла из одной части пространства к другой, от одного тела к другому или внутри тела от одной его части к другой. Непременным условием теплообмена является наличие разности температур отдельных тел или участков тел [6, 8].
Различают стационарный и нестационарный теплообмен (рис. 2.1).
Существуют три вида теплообмена, три различных способа передачи тепла (рис. 2.2).
Теплопроводность обусловлена тепловым движением и энергетическим взаимодействием микрочастиц (молекул, атомов, электронов), частицы с большей энергией (более нагретые и, следовательно, более подвижные) отдают часть своей энергии менее нагретым (менее подвижным). Скорость теплопередачи в этом случае зависит от физических свойств вещества, в частности от его плотности. У плотных тел (металл) скорость теплопередачи больше, у пористых (пенопласт) – меньше.
Теплообмен
СТАЦИОНАРНЫЙ
(УСТАНОВИВШИЙСЯ)
температурное
поле постоянно, не меняется во времени,
температура отдельных точек рассматриваемых
тел или пространства неизменна. Так
как при таком процессе ни одна точка
пространства не остывает и не нагревается,
то общий запас содержащейся в ней
тепловой энергии (аккумулированное
данным веществом тепло) также остается
без изменения
НЕСТАЦИОНАРНЫЙ
(НЕУСТАНОВИВШИЙСЯ)
температура
отдельных точек рассматриваемого
пространства или тела меняется во
времени, следовательно, изменяется
температурное поле в теле и аккумулированное
в нем или в отдельных его частях тепло,
его теплосодержание
Рис.
2.1. Классификация теплообмена
Тепловой поток через плоскую стенку при установившемся режиме (определяется по закону Фурье) пропорционален разнице температур поверхности стенки и обратно пропорционален термическому сопротивлению стенки.
При передаче теплоты излучением энергия передается в форме электромагнитных волн. Этот вид теплопередачи может иметь место лишь в прозрачной для этих лучей среде.
Каждое непрозрачное нагретое тело, находящееся в прозрачной среде, излучает во все стороны лучистую энергию, распространяющуюся со скоростью света. При встрече с другими полностью или частично непрозрачными телами эта лучистая энергия вновь превращается (полностью или частично) в тепло, нагревая эти тела. Следовательно, лучистый теплообмен сопровождается двойным превращением энергии – тепловой энергии в лучистую и затем вновь лучистой в тепловую.
Если температуры тел, между которыми осуществляется лучистый теплообмен, различны, то в результате теплообмена между ними тепло будет передаваться от более нагретого тела к менее нагретому, одно из них будет нагреваться, а другое – снижать свою температуру.
При излучении нагретого тела в неограниченное пространство (при односторонней теплопередаче) лучистый тепловой поток пропорционален постоянному коэффициенту излучения абсолютно черного тела, степени черноты тела, численно равной его поглощающей способности, и абсолютной температуре нагретого тела.