Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет футеровок высокотемпературных электротехнологических установок. Учебное пособие
.pdf
е) разработка технологий изготовления фасонов из огнеупора с за-
данной конфигурацией.
2.8. Моделирование процесса нагрева объекта в СВЧ-камерах
Моделирование процесса нагрева произведен в программе Elcut.
Исходные данные
Материал объекта – керамика корунд.
Материал футеровки – шамотный кирпич.
Мощность СВЧ-генератора – 5 кВт.
Теплофизические свойства теплоизоляционных материалов и возду-
ха, необходимые для расчета, представлены в табл. 2.6 и 2.7.
Таблица 2.6
Теплофизические свойства керамики корунд
Коэффициент теплопроводности (Вт/(м·К)), при температуре (°С)
Керамика корунд
Удельная теплоемкость (кДж/(кг·К)) при температуре (°С)
Керамика корунд
Теплофизические свойства теплоизоляционных материалов и воздуха
Материал
Шамотный кирпич 0,84 880 1800
Пенодиатомитовый
кирпич ПД-400
Воздух 0,026 1005 1,2
Керамика корунд – – 3900
Коэффициент теплопро-
водности λ (Вт/(м·К))
–50 25 100 500 1000 1500
50 33 29 12 9 7
–50 25 100 500 1000 1500
0,54 0,78 0,92 1,16 1,25 1,32
Таблица 2.7
Удельная теплоем-
кость С (Дж/(кг·К))
0,145 980 400
Плотность
ρ (кг/м
3
)
В основе расчета лежит нестационарное уравнение теплопроводности
dt
cqtgraddiv
)(
v
,
d
где λ – коэффициент теплопроводности (Вт/м·К);
t – температура (К);
– плотность теплового потока (Вт/м3);
q
v
с – теплоемкость (Дж/кг·К);
3
ρ – плотность (кг/м
);
τ – время (с).
Граничные условия описываются конвективным или радиационным
теплообменом. Уравнение конвективного теплообмена имеет вид:
,
)(
TTF
n
где α – коэффициент теплоотдачи (Вт/м
– температура окружающей среды (К).
T
0
2
·К);
0
81
Граничное условие этого типа иногда называют граничным условием
третьего рода.
Граничное условие радиации описывается уравнением лучистого
теплообмена
ТT
0
100
4
])
100
4
()
kF
n
[(
где k – постоянная Стефана–Больцмана (5,67032·10
β – коэффициент поглощения поверхности;
– температура поглощающей среды.
T
0
Все температуры на графиках – превышения над температурой
окружающей среды.
Рассмотрим процесс нагрева в КСВ.
Размер объекта – 100
100 100 мм. Футеровка внутренняя, толщи-
ной 25 мм (рис. 2.16).
-8
Вт/м2·К4);
Рис 2.16. Схематическое изображение КСВ с футеровкой внутри камеры:
1 – камера; 2 – источник СВЧ-энергии; 3 – футеровка; 4 – объект
Распределение температурного поля в КСВ с футеровкой внутри камеры и распределения температуры от времени в объекте представлены на
рис. 2.17 и 2.18.
Рассмотрим процесс нагрева в КБВ на круглом волноводе (рис. 2.19).
Объект в форме цилиндра радиусом 40 мм и длинной 220 мм. Футеровка
внутренняя (материал – шамотный кирпич) 20 мм и наружная (материал –
пенодиатомитовый кирпич
) 60 мм.
Графическая зависимость распределения температуры
от времени в объекте, во внутренней футеровке
окрсредыобъекта
)Т - Т=(Т
и внешней футеровке представлена на рис. 2.20.
Рассмотрим процесс нагрева в КБВ на прямоугольном волноводе.
Объект имеет размеры 330
80 80 мм. Футеровка внутренняя 40 мм
и наружная 40 мм. Материал внутренней футеровки – шамотный кирпич,
82
)
)
ц
T (К)
1570
1416
1261
1107
952
798
643
489
Теплоизоля
Объект
ия
334
180
25
Рис. 2.17. Распределение температурного
поля КСВ сфутеровкой внутри камеры
T (К)
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0 400 800 1200 1600 2000
1
1
3
2
3
Время (с
Рис. 2.18. Графическая зависимость распре-
деления температуры
окрсредыобъекта
от времени в объекте (1), в футеровке (2),
в рабочей камере (3)
T (К)
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
)Т - Т=(Т
300
200
100
0
0 400 800 1200 1600 2000
Время (с
Рис. 2.19. Схематическое изображение Рис. 2.20. Графическая зависимость
КБВ на круглом волноводе с футеровкой распределения температуры
снаружи и внутри камеры: 1 – камера;
окрсредыобъекта
от времени
)Т - Т=(Т
2 – футеровка, 3 – объект в объекте, во внутренней футеровке
и внешней футеровке
83
внешней – пенодиатомитовый кирпич. Схематическое изображение КБВ
р
на прямоугольном волноводе с футеровкой снаружи и внутри камеры
представлено на рис. 2.21.
Рис. 2.21. КБВа прямоугольном волноводе
с футеровкой снаружи и внутри камеры
Распределение температурного поля в КСВ с футеровкой внутри камеры и распределения температуры от времени в объекте представлены на
рис. 2.22 и 2.23.
T (К)
1490
1343
1196
1049
903
756
609
462
315
168
21
Рис. 2.22. Распределение температурного Рис. 2.23. Рафигеская зависимость поля
КБВ на прямоугольном волноводе в распределения температуры от времени
футеровкой внутри и снаружи камеры в объекте, во внутренней футеровке
и внешней футеровке
84
Рассмотрим процесс нагрева в КЛТ. Объект имеет размеры 200 100
100 мм. Футеровка внутренняя 25 мм. Схематическое изображение КЛТ
с футеровкой внутри камеры и распределение температурного поля представлено на рис. 2.24.
Рис. 2.24. КЛТ футеровкой внутри камеры и графическая зависимость распределения
температуры: 1 – камера; 2 – волновод; 3 – футеровка; 4 – объект
Вывод: был смоделирован процесс нагрева объекта в камерах СВЧ.
В результате получено распределение температурного поля в нагреваемом
объекте и футеровке. Футеровка объекта дает значительное снижение температуры внутри камеры. С помощью математического моделирования
можно подобрать материал теплоизоляционного слоя, рассчитать его необходимую толщину. Если в рабочих камерах СВЧ-установках внутреннего слоя футеровки не достаточно, необходим второй, внешний слой теплоизоляции.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Бобров Ю.Л. Теплоизоляционные материалы и конструкции: учебник для
средних профессионально-технических учебных заведений. / Ю.Л. Бобров, Е.Г. Овчаренко, Б.М. Шойхер. – М.: ИНФРА-М, 2003. – 268 с.
2. Кащеев И.Д. Химическая технология огнеупоров: учеб. пособие. / И.Д. Кащеев, К.К.Стрелов, П.С. Мамыкин П.С. – М.: Интермет
3. Пивинский Ю.Е. Кварцевая керамика / Ю.Е. Пивинский, А.Г. Ромашин. –
М.: «Металлургия», 1974. – 264 с.
Инжиниринг, 2007. – 752с.
85
4. Кацевич Л.С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических печей:
Учебник для техникумов / Л.С. Кацевич. – М.: Энергия, 1977. – 304 с.
5. Электротехнологические промышленные установки: учеб. пособие / И.П. Ев-
тюкова [и др.]; Под ред. А.Д. Свенчанского. – М.: Энергоиздат, 1982. – 400 с.
6. Архангельский Ю.С. Математическое моделирование высокотемпературного
нагрева диэлектриков с фазовыми переходами
Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2010. – №3 (47). –
С. 116-119.
7. Исаченко В.П. Теплопередача: учеб. пособие / В.П. Исаченко, В.А. Осипова,
А.С. Сукомел, 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.
/ Ю.С. Архангельский, К.Н. Огурцов //
86
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]