5. Аэродинамический расчёт печи

5.1. Аэродинамический расчёт проводится с целью определения расхода воздуха по тракту циркуляции и аэродинамических сопротивлений движению воздуха. Эти данные (расход воздуха и суммарное аэродинамическое сопротивление) потребуется при подборе вентилятора, обеспечивающего циркуляцию воздуха в печи.

В предыдущих разделах (в основном на стадии эскизного проектирования в разделе 1 ) определены габариты каналов, по которым движется воздух, выбрана его скорость в районе нагреваемых деталей ( 20 м/с ) и выбран тип вентилятора -центробежный. В разделе 4.3. вычислен расход воздуха через садку V= 21,5 м³/с ( расчет ведется на одну зону печи) . Расход воздуха постоянен по всему контуру циркуляции, но скорости воздуха разные при разных сечениях каналов, в соответствии с уравнением расхода: V=F₁ ^. W₁=F₂ ^.W₂=F₃^. W₃=...

Используя это соотношение, были вычислены скорости в разных сечениях (см. Обозначения на рис.7.). Значения скоростей приведены в таблице 3 .

Примечание: Более подробно аэродинамический расчёт печи приведён в книге Свенчанского А.Д. “Электрические промышленные печи” глава 5-4 Особенности расчёта электрических печей с принудительной циркуляцией атмосферы.

5.2. Вычисление потерь на трение

Потери энергии потока вычисляются пропорционально так называемому "динамическому" напору, величине pW²/2, где р -плотность воздуха при температуре потока (определяется по таблице (1) и (2)), a W - скорость в том или ином сечении контура циркуляции воздуха.

Падение давления воздуха вследствие действия трения вычисляют по формуле Вейсбаха:

=

где l - длина участка контура циркуляции, м, d_экв -эквивалентный диаметр поперечного сечения участка, м,

d_экв=

-коэффициент сопротивления трения.

Коэффициент сопротивления трения определяется режимом течениявоздуха в рассматриваемом сечении контура циркуляции, или величиной критерия Рейнольдса:

Re= d _экв

где Wi d _экв - скорость и эквивалентный диаметр канала и кинематический коэффициент вязкости воздуха (определяется по таблицам /1/ и /2/, м /с.

Значение для значенийRe в интервале 10⁵ -10⁸ (развитое турбулентное значение) определяется по формуле Никурадзе:

=3,2 ^. 10^-3- 0,231 ^. Re^-0,231

Более подробные сведения по выбору можно получить из /4/ и /5/ В /5/ приведена диаграмма для нахождения значения , облегчающая расчеты. Вычисленные значения выражаются в паскалях (Па).

В таблице 3 сведены значения исходных данных для каждого канала скорость, длина, поперечное сечение, эквивалентный диаметр, величина критерия Рейнольдса, коэффициент сопротивления, динамический напор и величина вычисленных потерь на трение.

						Таблица 3
№ канала (рис5)	W, м/с	F, м2	dэкв М	l, м	W2/2, Н	Re		, Па
1	15	0.8	0,77	1,0	76,5	3,5 . 105	0,015	1,5
2	25	0,87	0,88	1,75	212,5	6,7 . 105	0,013	5,5
3	21,7	1,0	0,60	3,0	160,1	3,9 . 105	0,014	11,2
4	28,9	0,75	0,60	1,75	283,9	5,3 . 105	0,0135	11,2

Расчеты сопротивлений трения в каналах печи

5.3. "Местные" потери - под этим термином понимают потери энергии в тех местах, где поток воздуха внезапно расширяется или суживается, претерпевает повороты и т.д. В проектируемой печи таких мест достаточно много - калориферы, повороты каналов, расширения или сужения каналов и др. Эти потери вычисляются также, как доля динамического напора p=W²/2, умножая его на так называемый "коэффициент местного сопротивления" :

Сумма 29.4Па

_местн =/2

Коэффициент местного сопротивления определяется но таблицам /1/ и /5/ в зависимости от типа местного сопротивления, и габаритных характеристик. Например, в данной печи местное сопротивление типа внезапного сужения имеет место в канале 1-2 (см. рис.7). Соотношение сечений (узкого к широкому).По приложению /1 / находим =0,25

= 160Па,

Совершенно аналогично вычисляются другие местные потери. Необходимо отметить, что в ряде случаев местные потери обусловлены действием сразу двух видов сопротивлений. Например, имеет место поворот канала и одновременно изменение его сечения (сужение или расширение) следует провести вычисление потерь для обоих случаев и результаты сложить. Результаты вычислений местных потерь сведены в таблицу 4

№	Тип местного сопротивления	W, м/с		Па	Прим.
	Внезапное сужение	43,4	0,125	160	Нах. по табл
1-1	Поворот на 90°	25	1,5	318	~
2-3	Скругленный поворот	25	О,1	21,3	~
3	Диафрагмы в потоке (калориферы)	35,8	3,6	601	~
3-4	Скругленный поворот	21,7	0,28	44,8	~
4-1	Поворот на 900 с раширением	28,9	0,85	241	~
4-1	Внезапное сужение	28,9	0,09	25,5	~

Сумма =1411,6 Па

Суммарные потери:

=30 + 1410 =1440 Па

Вентиляторы выбираем по характеристикам центробежных

вентиляторов [6], предположительно для типа ВРС № 10 (рабочее

колесо диаметром 1000 мм).

Для производительности 21,5 м³/с и необходимого напора Н>1440

Па.. Получаем: n=550 об/мин; ,5; N_уст 25 кВт.

Привод вентилятора от асинхронного двигателя, мощностью 30 кВт типа АО при 720 об/мин, через клиноременную передачу.