Контрольні запитання:

1. Фізичні основи теплообміну конвекцією.

2. Вільна та вимушена конвекція.

3. Вільна конвекція в обмеженому та необмеженому просторі.

4. Основні поняття та закони теплообміну випромінюванням.

5. Випромінювання газів.

Приклад:

Вихідні дані для розрахунку сумарного коефіцієнта тепловіддачі приведені в таблиці 7

Таблиця 7 – Вихідні дані для розрахунку сумарного коефіцієнту тепловіддачі

№	Початкова температура диму ,	Кінцева температура диму ,	Діаметр труб d, мм
31	1070	700	65

Загальні дані:

• шаховий порядок розташування труб в рекуператорі;

• крок труб за шириною рекуператора S₁=2d, за глибиною S₂=2d;

• середня температура за всією поверхнею рекуператора t_ст=500 ;

• ступінь чорноти стін печі =0,8;

• швидкість газу у вузькому перерізі м/с;

• кількість продольних рядів Z=12.

1. Визначити ефективну довжину проміння в міжтрубному просторі:

2. Визначити парціальний тиск випромінюючих газів:

Склад димових газів приймається з практичної роботи №2.

3.При середній температурі газів

за номограмами (мал. 13-15 [1]) знайти ступінь чорноти СО₂, Н₂О і поправочний коефіцієнт

Ступінь чорноти продуктів згоряння:

4.Визначити поглинаючу здатність продуктів згоряння:

5.Знайти щільність потоку результуючого випромінювання від продуктів згоряння на поверхню труб :

,

де Со – константа випромінювання чорного тіла, Со = 5.7 Вт/( ).

Вт/м²

6. Визначити коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням:

7. Визначити коефіцієнт тепловіддачі конвекцією охолоджуючого потоку:

,

де - коефіцієнт тепловіддачі при омиванні окремої труби;

- поправка, що враховує температуру середовища і вміст в ній Н₂О;

- поправка, що враховує кількість рядів труб в пучку за ходом газу;

- поправка, що враховує взаємний вплив труб.

Вт/м²К

Значення для шахового пучка труб знаходяться за номограмами на малюнку 7 [1].

При нагріванні потока, що омиває пучок труб, враховується вплив температурного фактора:

Вт/м²К

8. Сумарний коефіцієнт тепловіддачі димових газів до стінки труби рекуператора:

Вт/м²К

Після проведення розрахунків зробити висновок.

Розрахункова робота №7

Тема: Розрахунок часу нагрівання тонкого та масивного тіла при постійній температурі печі.

Мета: Навчитися розраховувати час нагрівання тонкого та масивного тіла. Теоретична частина

Найважливішими показниками процесу нагріву металу є температура і швидкість нагріву. Температурою нагріву називають кінцеву температуру, при якій метал видають з печі і яка визначається цілями подальшої обробки металу. Швидкість нагріву - це зміна температури металу в часі.

При термообробці температуру нагріву вибирають відповідно до виду термообробки і критичних температур, характерних для сталі даної марки.

Таким чином, при нагріві вуглецевих і легованих сталей в інтервалі температур від 273 до 773 К виникаючі напруги не повинні перевищувати максимально допустимих. Іншими словами, швидкість нагріву слід вибирати так, щоб не виникали надмірні, неприпустимі температурні напруги, які здатні викликати руйнування металу.

За допустиму напругу слід приймати дійсний опір розриву, на підставі якого можна визначити допустиму швидкість нагріву.

Для того, щоб зменшити перепад температур по товщині металу і прогріти його більш рівномірно, здійснюють витримку (томління), при якій температура поверхні металу не підвищується, а тепло, що поступає на його поверхню, проникає всередину і сприяє підвищенню температури його центру.

На практиці часто користуються значеннями температури і часу (тривалості) нагріву, а не швидкості нагріву, оскільки за допомогою цих параметрів зручніше спостерігати і контролювати режим нагріву металу. Вибрати (розробити) раціональну технологію нагріву сталі - це означає забезпечити нагрів металу в оптимальних умовах з погляду інтенсивності і якості нагріву.

Умови, в яких відбувається нагрів металу, можна розділити на дві групи:

1) умови, що визначають зовнішній теплообмін, тобто тепловіддачу від пічних газів і футерування до поверхні металу. До них відносять: температуру печі, металу на початку і кінці періоду нагріву, випромінюючу здатність пічних газів і футерування, розміри робочого простору печі;

2) умови, що визначають внутрішній (у металі) теплообмін, тобто що характеризують передачу тепла теплопровідністю від поверхні металу всередину його. До них відносять: теплопровідність і теплоємність металу, його товщину і хімічний склад.

У практичних умовах зустрічається одно-, двосторонній, а іноді і багатосторонній (у нагрівальних колодязях) нагрів металу.

При дво- або багатосторонньому нагріві процес прискорюється і його можна вести з меншим перепадом температур за перетином металу, внаслідок чого забезпечується велика рівномірність нагріву.

Рівномірність - вельми важливий показник нагріву металу. Рівномірно нагрітий метал має однакові пластичні властивості і рівномірно деформується при обробці тиском.

Невиконання необхідних технологічних вимог нагріву може привести до несприятливих наслідків. Це в першу чергу відноситься до правильного вибору температури нагріву. Надмірне підвищення температури нагріву металу веде до зайвого зростання зерна, збільшує угар і може викликати також перегрів або перепал металу.

Перегрів металу наступає при такому значному укрупненні зерен, коли зв'язок між ними слабшає, механічна міцність металу падає і стає можливим утворення в ньому тріщин. Перегрітий метал можна виправити нормальним відпалом. Перепал виправити не можна, і такий метал відправляють на переплавлення. При перепалі кисень проникає всередину металу і як наслідок цього відбувається окислення і оплавлення його зерен. В результаті перепалу настільки падає міцність металу, що він абсолютно не витримує механічної обробки.

Процес нагріву металу складається із зовнішнього і внутрішнього теплообміну. Залежно від теплового опору металу завжди спостерігається певне співвідношення між зовнішнім і внутрішнім тепловими потоками. Щоб досягти максимально можливої швидкості нагріву металу, слід щонайшвидше підвищити температуру його поверхні до необхідної величини. Інакше кажучи, для забезпечення швидкісного нагріву треба створювати максимально можливий зовнішній тепловий потік. Проте це не завжди допустимо.

При нагріві тонких тіл (Вi<0,25) внутрішній тепловий потік практично не обмежений і процес нагріву визначається виключно зовнішнім тепловим потоком. В цьому випадку метал сприймає практично будь-яку кількість тепла, подану на його поверхню.

При нагріві масивних виробів важливе значення має процес розповсюдження тепла по товщині матеріалу. Швидкий нагрів поверхні металу до заданої температури в масивних виробах створює значний перепад температур по товщині.

В деяких випадках (при нагріві м'яких сталей) цей не небезпечний і швидкий нагрів поверхні викликає внутрішній потік великої величини, що значно прискорює нагрів.

У багатьох випадках швидкий нагрів поверхні металу до заданої температури щоб уникнути неприпустимих напруг виявляється можливим тільки після досягнення масою металу 773-823 К.

Таким чином, при нагріві тонкого і масивного металу можна застосовувати швидкісний нагрів, для чого необхідно забезпечувати великий зовнішній тепловий потік.