Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусский национальный технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Тепломассообмен

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.11.2025

Размер:

2.43 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 63 4 5 6 > Следующая >>>

где ипокрi – безразмерная температура наружной поверхности краски, определяется по формуле

υli, M 2

υil,M 2

1 λпокр

иil, M 2

1 λв

αл

δпокр

δi

ипокрi

. (15)

λпокр

λв

αл

δпокр

Уравнения (14) и (15) следует рассматривать как трансцен-

дентные уравнения для определения

αл

, ипокр , которые ре-

шаются методом половинного деления.

При δпокр

0 выражение (14) следует заменить на

иil, M 2

иil, M 2 1

υil, M 2

υi, M 2

лi

σT

1/ 2

иil, M 2 иil, M 2 1 υil, M 2

υil, M 2 1

2 .

(16)

Выражения для вычисления

αл j ,

ипокр j

составляются по

аналогии с (14)–(16).

Действительные величины δ j и δi считаются равными нулю, если соответствующие температуры плиты иi, М 2 иi, М 2 1 / 2 и

иМ	, j	иМ		1, j / 2	больше или равны температуре затверде-
1			1

вания. В противном случае зазоры δ j и δi определяются как

остаточные деформации формы с использованием приведенных выше формул.

Аппроксимация остальных граничных и начальных условий запишется следующим образом:

иl

при f

1, 0, 1,..., M

;

0, j

1, j

(17)

M 2 , M 2

1,...N2;

υ0, j

1, j

при j

иl

при i

1, 0, 1,..., M

;

i,0

υl

при i

, M

1,..., N ;

i,0

υl 1

(2)

N1 , j

N1 1, j

N1 , j

1, j

λN

α j a

, j

где

1, 0,... , N2;

υl 1

(2)

i,N2

i, N2

αia

(18)

i,N2

где i

1, 0,... , N1;

и0

(19)

i, j

где i

1, 0,... , M1;

1, 0,... , M2;

υ0

i, j

где

M1, M1

1,... , N1; j

1, 0,... , M2

или i

1, 0,... , N1;

M2, M2 1,..., N2.

Выражения (11)–(13), (17), (18) с учетом выражения (19) дают N1 2 N2 2 2 M1 M2 алгебраических линейных

уравнений для определения такого же количества неизвестных значений температур в узлах сетки. На каждом временном шаге решение их производится по методу продольнопоперечных направлений.

4. ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ

4.1. Расчет теплообмена излучением

Промышленные печи являются термотехнологическим оборудованием. Печь всегда рассматривают как единую термическую систему «материал–среда–футеровка» (рис. 2).

Теплоотдача к материалу в печах происходит излучением и конвекцией, распространение тепла внутри материала и потери тепла через футеровку – теплопроводностью. Таким образом, на примере печи можно рассмотреть сразу три вида теплообмена.

Рассмотрим 1 зону методической нагревательной печи, выполняющей нагрев металлических заготовок под прокатку.

Рис. 2. Схема печи: 1 – материал (заготовки или готовые продукты, которые еще находятся в рабочей камере печи); 2 – печная среда (чаще всего продукты сгорания); 3 – футеровка (ограждение рабочей камеры печи)

Приведенный коэффициент излучения можно определить по формуле при укладке заготовок с зазором, при угловом коэффициенте м.м 0:

гi )

2 гi м 1 β1i

φм.м (1

гi )

гi

Сni

3 1i м

гi (1 м ) εгi

1 φм.м (1

εгi )(1 εм )

гi )

гi (1

м )

гi

где С0 = 5,67 Вт/(м2 · К);

	1		(1	гi )(1	м.м ) ;

1i	Cnповi
	Cnповi
					h x2		– относительный зазор;
м.м	1		2	;	h x2
м.м	1			;
						x2
Cnповi		( i	1)(1 )		1	.
Cnповi				2		.
				2

Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи

273 4

Cni

гi

мi

/ tгi tмi .

лi

100

Эффективный коэффициент теплоотдачи

эффi

лi

кi .

Дано: температура дымовых газов (продуктов сгорания) на входе в 1 зону печи tух.г = tг1 = 890 °С; температура дымовых газов на выходе из зоны tг2 = 1350 °С; температура поверхности и

центра металлической заготовки в начале 1 зоны tмп(0ц) = 20 °С; температура поверхности металлической заготовки в конце зоны 1 tмп1 = 820 °С; суммарный объем продуктов сгорания

4		м3/м3; V	10,95 8,6 0,94м3 м3 ; V		10,95 17 1,86м3 м3;
V	10,95
i		СО	100	Н O	100
i 1		2		2

высота зоны 1 h1 = 0,6 м; ширина зоны 1 b1 = 3,4 м; высота заготовки x1 = 0,11 м; длина заготовки x2 = 0,11 м; ширина заго-

товки В1 = 2 м.

Для зоны 1. Средние температуры газов и поверхности заготовки в зоне:

		tух.г		tг1	890	1350
tг1							1120 °С;
		2			2

			tмп(0ц)	tмп1	20	820	420 °С.
	tмп1
				2		2

Расположение заготовок в зоне печи оказывает значительное влияние на протекающие процессы теплообмена (рис. 3).

Степень развития кладки 1 = Fкл1/Fм1.

Здесь Fкл1, Fм1 – площадь поверхностей соответственно излучающей кладки, которая в свою очередь состоит из свода, стен и торца загрузки печи, и лучевоспринимающей поверхности металла зоны 1:

Fкл1 = Fсвод1 + 2Fст1 + Fторц1; Fст1 = h1L1 = 0,6L1;

Fсвод1 = b1L1 = 3,4L1.

Длину зоны 1 принимаем равной 1 метру: L1 = 1 м.

Тогда Fкл1 = 3,4 1 + 2 0,6 1 + 0,6 3,4 = 6,64 м2

Площадь поверхности металла Fм1 = В1L1. Имеем Fм1 = = 2 1 = 2 м2.

Шаг укладки заготовок h

h 1,5x2 = 1,5 0,11 = 0,165 м.

Степень развития кладки 1 = 6,64/2 = 3,32.

Определяем излучающий объем зоны 1 рабочего пространства:

Vизл1 = h1b1L1 = 0,6 3,4 1 = 2,04 м3.

Рис. 3. Схема расположения заготовок в рабочей камере печи

Находим		эффективную длину луча: l						0,9	4Vизл1	, м;
Находим		эффективную длину луча: l					эфф1	0,9	Fизл1	, м;
							эфф1

lэфф1	0,9	4	2, 04		0,92	м.

		0, 6 1		2 3, 4 1
	2	0, 6 1		2 3, 4 1

Излучение газов носит объемный характер и зависит от плотности и толщины газового слоя. Рассчитываем парциальные давления основных излучающих газов СО2 и Н2О:

РСО2		VСО					B	0,94		1	0,09	ата;
РСО2			4			2	B			1	0,09	ата;
					Vi			10,95
					Vi
			i 1
РН2О		VН О					B	1,86		1	0,17	ата.
РН2О			4		2		B			1	0,17	ата.
					2
					Vi			10,95
					Vi
			i 1
Находим ( plэфф )CO					и ( plэфф )H				O :
			2					2
( plэфф1)CO						0,09 92			8, 28 ата см ;
			2
( plэфф1)H O						0,17 92			15,64 ата см .
			2
При температуре				1		1120 °С, используя рис. 4, 5, 6 опреде-
При температуре	tг			1		1120 °С, используя рис. 4, 5, 6 опреде-
ляем значения , СО			,			H	O .
2						2
Принимаем степень черноты металла											м	0,6 .
												25

Рис. 4. График для определения параметра β

Рис. 5. Степень черноты диоксида углерода

Рис. 6. Степень черноты водяного пара

( СО )1	0,095;	(	H O )1	0,135;	1,1.
2			2
			гi	( СО )i	( H O )i
				2	2	.
				2	2
г1 (	СО )1	(	H O )1	0,095	1,1 0,135 0, 244.
	2		2

0,165 0,11 ;

0,5

0,11

1 0,52 0,5 0,62

м.м	;

	Cnпов1				(3,32			1)(1		0,5)			1	3, 74;
	Cnпов1							2						3, 74;
								2
			1		(1	0, 244)(1				0, 62)			0,08.
1		3,74			(1	0, 244)(1				0, 62)			0,08.
1

	Выполняя подстановку числовых значений получаем
5,67								2	0, 244			0, 6 1		0, 08		0, 62(1		0, 244)
Сn1		3
Сn1				0, 08 0, 6				0, 244(1				0, 6)		0, 244 1			0, 62(1		0, 244)(1		0, 6)
				0, 08 0, 6				0, 244(1				0, 6)		0, 244 1			0, 62(1		0, 244)(1		0, 6)
		0, 244				0, 6		1		(1	0, 244)			1

								3, 32										2,18		Вт (м2 К4 ).

1		(1		0, 244)			0, 6		0, 244(1				0, 6)		0, 244
1

3, 32
	Окончательно имеем
					2,18		1120			273 4			420		273		4			420
		л1			2,18			100						100			/ 1120			420
		л1

110,1 Вт(м2 К).

4.2. Расчет конвективного теплообмена

Дано: скорость движения продуктов сгорания w = 3 м/с;

коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания

ν = 201,8·10-6 м2/с.

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией зависит от того, в каком режиме происходит движение среды: турбулентном, переходном или ламинарном. Поэтому прежде чем искать коэффициент теплоотдачи, следует определить режим движения среды, для чего надо найти число Рейнольдса по формуле

Re wdэ ,

где dэ – характерный размер (эквивалентный диаметр), определяемый по формуле

dэ 4FU ,

где F – площадь сечения, м2; U – периметр, м.

Размеры зоны 1 печи возьмем из предыдущей задачи:

F h b		0, 6 3, 4 2, 04 м2;
1	1
U 2h1	2b1 2 0, 6 2 3, 4 8 м.
Тогда	dэ	4 2, 04 8 1, 02 м. Определим режим движения
продуктов сгорания:
Re	3 1, 02		15, 2 103 .


201,8 10 6

Для турбулентного режима характерны значения чисел Рейнольдса Re > 5·103, переходного Re = 2·103–5·103, ламинарного Re < 2·103. Таким образом, режим движения турбулентный.

По графику (рис. 7) определяем коэффициент теплоотдачи α при турбулентном режиме в зависимости от действительной

скорости газа (продуктов сгорания) w и эквивалентного диаметра dэ: α = 7 Вт/(м2·К).

Значение α, полученное с помощью этого графика, необходимо умножить на поправочный коэффициент: kL – поправку на начальный участок.

Поправку на начальный участок kL определяют по рис. 7, б в зависимости от отношения длины начального участка L к эквивалентному диаметру dэ: kL = 1,5.

Конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи

к1 = α · kL = 7 1,5 = 10,5 Вт/(м2 К).

Суммарный коэффициент теплоотдачи

эфф1=110,1+10,5 =120,6 Вт/(м2 К).

<<< < Предыдущая 1 23 / 63 4 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
29.11.202516.88 Mб0Тепловой расчет парогенераторов.pdf
#
29.11.20256.64 Mб2Тепловые сети.pdf
#
29.11.20255.81 Mб1Теплогенерирующие установки.pdf
#
29.11.20253.83 Mб1Теплоизоляционные, кровельные и отделочные работы.pdf
#
29.11.20251.57 Mб0Тепломассообмен. В 2 ч. Ч. 1. Теплопроводность.pdf
#
29.11.20252.43 Mб0Тепломассообмен.pdf
#
29.11.20252.55 Mб0Теплообмен в литейных процессах.pdf
#
29.11.20252.65 Mб0Теплопередача.pdf
#
29.11.202533.05 Mб2Теплоснабжение и тепловые сети.pdf
#
29.11.20252.45 Mб0Теплоснабжение.pdf
#
29.11.20251.03 Mб0Теплотехника. (Раздел дисциплины Теплотехника и теплотехническое оборудование).pdf