Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

17.5 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 3713 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Пренебрегая в выражении (5.18) критерием Gr (так как влия ние свободной конвекции невелико), а также решая (5.18) и (5.19) относительно коэффициента теплоотдачи а, для ламинарного и тур булентного омывания поверхности металла соответственно будем иметь

ак=0,17	R e/’33 Рг/0'4	(5.20)
и	аэ
и
ак=0,023 — Re^s Рг/0’4	ккал/м2-ч-°С {вт/м2-0К)	(5.21)
аэ

(1 ккал/ я 2 • ч ■° С= 1,16 вг/м2• ° К).

Рис. 5.2. Графики зави симости kt—f(tг ) при

нагревании металла в турбулентном потоке про дуктов сгорания:

/ —7 — соответственно для значений ^ноО ^ЗО ; 25; 20;

15; 10; 5 и 2%; 8 — для воз духа

Рис. 5.3. Графики	за
висимости k t = f	{ t r )
при охлаждении	ме

талла в турбулентном потоке продуктов сго рания;

1—9— соответственно		для
<м=100; 150; 200;	250;	300;
’ 350; 400; 450 и	500° С

Рис. 5.4. Гра фики зависимо

сти k i =

I и — соответ

ственно длина и эквивалентный диаметр живого сечения зоны

В выражениях (5.20) и (5.21) в качестве характерного размера принимается эквивалентный диаметр канала для прохода продуктов сгорания

где F — живое сечение отсека горения	или части	камеры (со	сто
роны омываемой поверхности	металла)	для прохода	га

зов, м2; П — периметр сечения рабочего пространства печи, м.

Для переходного режима	движения газообразной жидкости
в рабочем пространстве печи	(2- 103< R e < 5 - ІО3) формула (5.18)
перепишется

112

а к= 0,0036	А w Рг/.	(5.22)
	V

В формулах (5.20) — (5.22) в качестве определяющей темпера туры используется ее среднее значение в рассматриваемой зоне или камере (по жидкости). Коэффициенты kt и ki соответственно позво ляют внести поправку на температуру потока (рис. 5.2 и 5.3) и на чальный участок канала (рис. 5.4). На графиках (рис. 5.2 и 5.3)

tr и tu соответственно средние значения температуры газов и поверх ности металла

М= 2 '

Критерий Ргj может быть взят из табл. 5.1.

Та б л . 5.1. Критерий Ріу для продуктов сгорания среднего состава (естественная атмосфера с окислительными свойствами) и сухого воздуха

	Критерий	Р/у
Температура, °С	продукты сгорания	воздух
	продукты сгорания	воздух
0	0,72	0,707
100	0,69	0,688
200	0,67	0,68
300	0,65	0,674
400	0,64	0,678
500	0,63	0,687
600	0,62	0,699
700	0,61	0,706
800	0,6	0,713
900	0,59	0,717
1000	0,58	0,719
1100	0,57	0,722
1200	0,56	0,724
1300	0,55
1400	0,54
1500	0,53

Установив расчетные формулы, позволяющие находить интен сивность конвективного теплообмена между газами и поверхностью металла (5.20) — (5.22), и имея в виду, что теплообмен со стороны продуктов сгорания совершается и лучеиспусканием, рассмотрим явление теплового излучения между излучающей системой и садкой.

8 Зак. 354

113

5.3. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ

Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи а л к по верхности металла (как и его конвективная составляющая) для каждой зоны печи рассчитывается индивидуально:

	Т'изл \ 4_	/	Гттогл \ 4
С£л — Совп	Тею/ ~	‘	loo ' ккал/м2-ч-° С (вт/м*-° К), (5.23)
	Т„зл—Т„

где Со — коэффициент излучения абсолютно черного тела:

Со=4,96 ккал/м2-ч°¥^ {вт/м*-° К4);

е„ •— приведенная степень черноты системы, в которой происхо дит теплообмен:

	6?і /(в„г, м, е"г, кл’	8пкл, м ) ’
е , ѵ г м, еП[, ѵч и	е,і м — соответственно приведенные степени черно
	ты систем газ — металл,			газ — кладка и
	кладка — металл, рассчитываемые по фор
	мулам (5.28)	—	(5.30),	(5.32) — (5.34)
Тпз.і	и (5.37) — (5.39);
	и 7’погл — соответственно	температуры излучателя
	(газ или кладка)		и поглотителя (металл
	или кладка), 0К.

Лучистый теплообмен в печи характеризуется потоками тепло ты от продуктов сгорания к поверхности металла и кладки и от кладки к металлу, соответственно qr, м, <7г, кл и qKn, м- Согласно (5.23), эти потоки можно представить так:

qг, м— Со&пг, м [ (		М ‘	(	л		•		(5.24)
				100 ’		J ’
qv.ii, м=	'(llHL) 4_			(	)41			(5.25)
	:Со8пкл, ы\|	іоо/		' 100 /			J
qг, кл — CoSnг,кл[ (				Тѵп \ 4 1				(5.26)
		100'	'	100/		J	'

Грубо приравнивая теплопотери в окружающую среду теплопритоку за счет конвекции от газов к футеровке печи, записываем

q г, кл---f/кл, мі

qtii=z<Jv, м~Ь9кл, MI

(5-27)

где q„ — тепловой поток излучением к поверхности металла.

114

Рассмотрим случай лучистого теплообмена при плотном разме

щении заготовок в печи (фм,м— 0 и фм.кл— 1| фкл,м= г-,

, рис. 5.5, а).

В соответствии с литературой [14] имеем

г кл

8п

■—

&Г&М[1 “ЬфкЛ.М (1

6г) (1

бкл)]

пг,м

1—фкл,кл( 1—Ег) ( 1

Екл)

фкл,м(1 Ёг)20

6кл)(1

Ём)

6кл6м(1

6г)

(5.28)

8п

“ кл,м

фкл.кл(1

Ё г ) (1

Бкл)

фкл,м(1 Б г ) 2 ( 1

Бкл) ( 1

6м)

(5.29)

г,нл

БгБкл [1 “Ьфкл.м ( 1

8г) (1

6м)]

'фкл.кл(1

6г) (1

Бкл)

фкл,м(1 Бг)2(1--Бкл) (1

6м)

(5.30)

где

Бг — степень черноты продуктов сгорания топлива в і-зо-

не печи, см. выражения (5.40) и (5.41);

Бкл и ем — соответственно степени

черноты кладки и поверх

ности нагреваемого металла, табл. 5.2;

фкл.м, Фкл.кл — угловые коэффициенты [1] и [48].

Та б л . 5.2. Степень черноты в полного излучения

Материал

Температура,

°С

О г н е у п о р н ы е и и з о л я ц и о н н ы е м а т е р и а л ы

Огнеупорные материалы слабоизлучающие

500—600

0,65—0,7

То же

1000

0,75

То же,

но сильно излучающие

500—600

0,8—0,85

1000

0,85—0,9

Динасовый кирпич неглазурованный шероховатый

1000

0,8

То же,

но глазурованный

1100

0,85

Шамотный кирпич глазурованный

1100

0,75

Магнезитовый кирпич (80%

MgO,

996 А120 3)

1500

0,39

Асбестовый

картон

0,96

Асбестовая бумага

40—370

0,93—0,95

М е т а л л ы

Сталь листовая шлифованная ■

940—1100

0,52—0,61

Стальное литье полированное

770—1040

0,52—0,56

Сталь окисленная при 600° С

200—600

0,79

Сталь

листовая с плотным блестящим слоем окиси

0,82

Сталь окисленная шероховатая

40—370

0,94—0,97

Чугун окисленный при 600 °С

200—600

0,64—0,78

115

Подставляя уравнения (5.28) — (5.30) в выражение (5.27), за писываем формулу для расчета коэффициента теплоотдачи излуче нием:

1	фкл,кл(1 8г) (1	8цл)	фкл,м(1	8г)2(1	8кл)(1	8м)
ѵ I	8г8м [1 -j-фкл.м( 1	8г) (1	8кл)] [Y	\4	/	\4"\|
	гг—гм					+

+іТ ^ [ ( ш ) ‘- (шШ

(5.31)

где Гг, Гкл и Гм — соответственно температуры продуктов сгорания

(среднее эффективное значение), футеровки и по верхности металла, °К-

Если заготовки или изделия уложены в печи с некоторым шагом

при фм.м^О, (рис. 5.5, б), то значения еПгм. е„

и еПгкч рассчиты

ваются по формулам:

Бгбм

(5.32)

г,м

[1 фкл.кл( 1

8г) (1

8кл)][1—фм,м(1 — 6г) (1 —8м)]-

фкл,мфм,кл( 1

£г) 2 (1

бкл) (1

8м)

8кл8м(1

8р)

(5.33)

6 п кл,м

[1 — ф кл ,к л (1 — 8г) ( 1 — 8кл)] [1 — фм,м(1 — 8Г) (1 — Е м )] -

фкл.мфм.кл (1

8г) 2 (1 — бкл) (1

Бм)

______________________________ 8г6кл

(5.34)

Г,І'Л

[1 — фкл.ил ( 1— 8г) (1

Бкл)][1

фм,м (1

8г) (1 6 м )]—

фкл,мфм,кл (1

8г) 2 ( 1

бкл)

( 1

8м)

Коэффициент теплоотдачи излучением к поверхности металла

(фм.М^О)

(JГ,М

<7кл,м

« л =

(5.35)

----— +

Гкл

Гм

Гг

Гм

Подставляя

формулы

(5.32) — (5.34)

в последнее выражение,

запишем

Со

ал- [1—фкл,кл(1—8Г) ( 1 £нл)][1

фм,м(1

8г) (1 8м)]"

фкл.мфм.кл(1

8г) 2 ( 1

бкл) (1

Б.м)

вгЕ м

Г /

Гг

/J [ M \*1

I Г г - Г м

100 1

м оо > і +

116

+ іт а ? [ ( ^ ) ‘- ( ж П } « “ /-•'■•с ("/-••К).

(5.36)

Угловые коэффициенты срМЛІ и фМ)Кл с некоторыми допущениями могут быть взяты из работ [1] и [48].

При нагреве крупногабаритных заготовок или готовых изделий в камерных печах (рис. 5.5, в) лучистый теплообмен в системе га зы — кладка — металл существенно отличается от случаев, рассмот-

. репных ранее. Для условий

ф к л .к л = ф м , м = = О

записываем

н л . м

----- ф м , К Л ------- 1

8-711г,м --

е г Ё м [ 1 _Ь ( 1 — 8 г) ( 1 — Ё к л )]

(5.37)

1 — (1 — е г ) 2 ( 1 — £ к л ) (1 — Ем)

S n1кл,м —

Ёклбм(1'

Ёг)

(5.38)

(1 — ё г ) 2 ( 1

ё к л )

8м)

ЁГЁКЛ [I “Ь ( 1

ёг) ( 1

Ем)]

(5.39)

е"г,кл=

1 —(1—ёг)2(1—екл) (1—ём) '

Подставляя

выражения

(5.37) — (5.39)

формулу

(5.27), по

лучаем

____________ Со____________

“ Л

Ёг ) 2 ( 1

Ё к л ) (1

8 м ) А

Ч, / ЁГЁМ[1~К^ —£г) (1

Ёкл)] Г /

Тт \ 4_ / Гм \ 41

Х Ѵ

Гг—г«

LV loo /

V 100^ j

~|— Ёклбм(1

ёг)

Г/Гкл\4_

/ і к ) 4] |

Ккал/ М2.ц.°с

(вт/м^°К).

Гкл—Г„

1- V 100у

MOO' J J

(5.40)

Степень

черноты

излучающих

дымовых

газов

ег,

входящая

в выражения

(5.28) — (5.30),

(5.32) — (5.34)

(5.37) — (5.39), опре

деляется по формуле

Ër!=

£C02i+ßeH20i,

(5.41)

где есо2г — степень черноты углекислоты:

есо2г = |:(7’гг, pl’COz) ;

ß — поправка на парциальное давление водяных паров; Ён2оі — степень черноты водяных паров:

ён2оі = /і (Ггі; р/н2о).

117

Парциальные давления углекислоты и водяных паров в рабочем пространстве печи находятся из выражений

Рс°2= - од02	Р и Ря2о = -	з д !° -рата,	(5.42)
2 Ѵі	2	^
i=1	i=l

где Ѵсог и Пн;0 — объемы излучающих компонентов продуктов сго

рания, нм3/ HM3]

4(5)

Д/ Ѵі — суммарный объем продуктов сгорания, нм3/нм3.

/&М ■тм Рм,м =0

I I I

1 г г

<Г

■/5	I /£м> тм. Рмм^0
I	і__/
	Г~п r h m

ѵ м м / м / / У / >'■>'/>■ /■'■''/// M L

Рис. 5.5. Схема для расчета лучистого теплообмена:

а — при ФЫ|М= 0 ; б — при <РЫ лчМ); а — в камерноі) печи

Для расчета осл в соотношениях (5.31), (5.36) и (5.40) необхо димо знать угловые коэффициенты, отыскание которых сопряжено со значительными трудностями. Чтобы рассчитать коэффициенты теплоотдачи излучением, можно использовать приближенные и вме сте с тем дающие вполне удовлетворительные результаты зависи мости.

При плотной укладке (фм,м=0) заготовок или изделий (рис. 5.5, а) коэффициент теплоотдачи находится из выражения (5.23), в котором приведенная степень черноты системы епі тел, участвующих в тепловом излучении в і-зоне печи, рассчитывается по выражению

JI8

	1
	(1—8rf)-(-l
8n i — 8м8гі	<öt	(5.43)
8n i — 8м8гі		(5.43)
	(1 —8гі) [8м~Ьбгі (1	8м)]-\|-Ёгг
	(Bi

где EMи еГі — степени черноты поверхности металла и газов в і-зоне печи (табл. 5.2 и формула (5.41));

он — степень развития кладки зоны или камеры печи:

Fкл

Иі=

-^клг — площадь излучающей	кладки зоны;
FMi — лучевоспринимающая	поверхность металла, разме

щенного в соответствующей зоне, м-.

При укладке заготовок с некоторым шагом (как это имеет место в печах с шагающим подом, конвейерных печах и т. п.) суммарная приведенная степень черноты системы будет несколько ниже, чем при плотной укладке. Последнее объясняется рассеиванием тепла при взаимном облучении поверхностей заготовок (фм,м=?^0):

^і8«.і— 2еп пов і~\|~Ётгг	(5.44)
„S Спг'— Со JSEni,	(5.45)

где ЁПпов і и Ёпі — соответственно приведенные степени черноты металла и системы металл — футеровка — газы:

	1 “Ь ßli—фм,м (1		8гг)		(5.46)
Ё П П О В І ------Ё Г І Ё М ßli [EM-j-Ëri ( 1—Ем)]-}-Ёгг [1 фм,м (1				8гі) (1' 8м)]	(5.46)
ß ii=	1	8гі) (1 фм,м);
ß ii=	(1	8гі) (1 фм,м);
	' п пов г
Фм,м — угловой коэффициент:
	фм,м=У 1+ Ф 2—Ф;
ф — относительный зазор			(рис. 5.5, б):
	Іг—Хг
	ф = — — ;
СОг	, = (ші+	1) (1+ф) +		1
^ п пов ?

со, — степень развития кладки t-зоны.

ІИ>

В соответствии с (5.43), (5.44) и (5.46) записываем расчетные З'равнения для отыскания лучистой составляющей коэффициента теплоотдачи.

Для случая срм,м = 0 имеем

С об рвм f

(1 в г ) - f - 1 1

ал-

L (ö

(1— ег)[ем-(-8г( 1— ём)]+ ёг|' (Т'г—Т’м)

* [ ( £ ) - (тЫ‘1 .

(5.47)

При фм,м^ = 0

__ £

\ ______________ Ёгвм [1 4~ßl

фм,м( 1

6г)]

ß l [ ём

г ( 1

— Е м )] +

ег[1— ф м ,м ( 1 — Ёг) ( 1 — Е м )]

ё г ё м [

E r) - j - 1 1

L CO

( 1

СО

ё г ) [ ё м _ {_ ё г ( 1 — Ё . м ) ] - ) - Е г

(

)

(

—

) 4

4 0 0

100 /

(вт/м2-° К).

(5.48)

--------- ~

----------к к а л /м 2-ч-°С

■* Г

Температура внутренней поверхности футеровки печи Тцл » В Х О -

дящая в формулы

(5.31),

(5.36)

(5.40),

может быть рассчитана

с помощью следующих выражений:

При фм,м=0

Г«л=

1Т

мНі ,

{ ® + 1

[

ё м

ё г

( 1

ё м

) ] } ( 7 ’

Г м 4 )

(5.49)

-------------------------------

;— :--------------

;

Ё м Ң - Е г ( 1

Ем)

Ег

+ 0)

Ег

при фм,м=7^0

1 -

( 1 -

( 1—ф м , м )

(Гр*-Гм*)

{

С 0 +

—

г )

}

Гкл—| /

г„ 4+

------

і—

-------------------

—

---------------

(5.50)

—

( 1

— Ё г )

(

1 —

Ф м , м )

— ----------—

+ и

СО

6 г

На этом рассмотрение вопросов, касающихся внешнего тепло обмена, целесообразно закончить. Дополнительные и более глубокие ■сведения по лучистому и конвективному теплообмену в печах можно получить при знакомстве с соответствующими разделами литера туры [43]—[49].

120

5.4. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ О ВНУТРЕННЕМ ТЕПЛООБМЕНЕ

Прогрев заготовки или изделия до заданной температуры про исходит за счет теплопроводности.

Для решения задачи о внутреннем теплообмене можно исполь

зовать дифференциальное уравнение теплопроводности:
dt	= а	дЧ	дЧ	дЧ	(5.51)
дх	= а	дх2 +	ду2 +	dz2 )■	(5.51)

Решение (5.51) производится совместно с условиями однозначности, куда входят граничные условия, которые выбираются в соответствии с принятым температурным графиком работы зоны или камеры печи. Однако прежде, чем перейти к решению задачи о внутреннем теплообмене, выполним следующую классификацию.

Все нагреваемые заготовки или изделия подразделяем на тела классической и произвольной формы. Причем если соблюдается условие

- ^ - < 0 ,1 , (5.52)

где X-— толщина пластины или диаметр цилиндра, м;

X — меньшая сторона пластины (/щш) или высота цилиндра, м.

то тело должно быть классифицировано как классическое (соответ ственно бесконечная пластина, неограниченный цилиндр или шар). Иногда длинную прямоугольную призму с точки зрения теплообмена целесообразно рассматривать как цилиндр с эквивалентным диа

метром da. И если окажется, т ^ 0,1, то такую призму молено

приравнять к неограниченному цилиндру. В противном случае заго товка или изделие относится к телам произвольной формы.

Разделение нагреваемых объектов на тела классической и про извольной формы имеет важное значение, так как в телах класси ческой формы поток теплоты одномерен (в пластине он направлен по ее толщине, а в цилиндре и шаре — по радиусу). В телах произ вольной формы потоки двух- и трехмерные. Предусмотреть заранее преимущественное направление тепловых потоков в рассматривае мом теле (как это имеет место в случае пластины, цилиндра и шара) нельзя. Совершенно очевидно, что формулы и методики расчета по токов и температур, а также и времени нагревания в этих группах тел не могут быть одинаковыми.

Наряду с подразделением на тела классической и произвольной формы нагреваемая заготовка в соответствии с критерием Ві молсет рассматриваться как массивное (В і^ В ікр) или тонкое (ВКВікр) тело. Критическое значение критерия Ві принимается равным 0,5.

Установлено, что прогрев сечения «тонкого» тела происходит равномерно примерно до одинаковой температуры, в то время как при нагревании «массивных» заготовок или изделий температура в средине контрольного сечения сильно отличается от температуры

121

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 3713 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ