Расчет параметров внешнего теплообмена.
Согласно заданию садка печи состоит из двух слитков радиусом 620 мм и длиной l = 1700 мм. Расположим слитки в ряд по ширине пода (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Расположение слитков в печи
На поверхность нагреваемого в печи материала теплота передаётся за счёт излучения и конвекции: где q конв и qизл – тепловые потоки, переданные соответственно конвекцией и излучением. Следует иметь ввиду, что доля теплоты, передаваемой конвекцией в печах с рабочей температурой более 700°С, не превышает 15…20% и падает с увеличением температуры. Существующие методики расчёта конвективного теплообмена дают относительную погрешность около 20…30%, поэтому в дальнейшем будем считать, что конвективный тепловой поток составляет 10% от лучистого теплового потока: qконв=0.1 qизл. Тогда общий поток теплоты, передаваемый на поверхность металла: qм=1.1 qизл. Теловой поток излучением на поверхность нагреваемого материала может быть вычислен по формуле:
где qизл - тепловой поток излучением; Тср, Тпов – температуры среды и поверхности нагреваемого материала, К; Спр – приведённый коэффициент излучения, В/м²К4 . При расчёте теплового потока на поверхность садки в качестве источника излучения может быть выбрана печь, газ или кладка. В реальных условиях режим нагрева контролируется по показаниям печной термопары. Температура, фиксируемая горячим спаем такой термопары, даёт промежуточное значение между температурой газа (наиболее высокой температурой печи), кладки и металла. Принято считать, что на поверхность печной термопары и металла передаются равные тепловые потоки, поэтому в дальнейшем при его определении принимаем в качестве источника излучения печь. Тогда с учётом конвекции тепловой поток на металл: где Спм – приведённый коэффициент излучения в системе печь – металл, В/м²К4 ; Тпч – температура печи, К. Исходя из того что тепловой поток излучением на металл одинаков независимо от того, что мы выбираем в качестве источника излучения, то qм, можно определить температуру газов и кладки из выражений: Тогда длина рабочего пространства L = 0,5*2+1,7*2+0,1= 4,5 м; ширина В = 0,75*2+0,62=2,12 м. В камерных печах рабочее пространство перекрывают арочным сводом с центральным углом j = 600. При таком центральном угле свода R=B, а высота боковой стены h = R*cos(j/2) = 2,12*cos300 = 1,84 м. Средняя высота печи hСР = (h+H)/2 = (1,84+2,12)/2 = 1,98 м. Определим геометрические параметры излучения. Поверхность кладки FКЛ = FТОРЦ СТЕН +FБОК.СТЕН +FСВОДА +FПОДА = 2ВhСР + 2Lh+ pRjL/180+LB = =2*2,12*1,98+2*4,5*1,84+3,14*2,12*60*4,5/180+4,5*2,12 = 44,48 м2 Излучающую поверхность металла определим по формуле FМ = n*(2πr*(l+r)), где n - число слитков; r и l – радиус и длина слитка; FМ = 2*(2*3,14*0,31*(1,7+0,31)) = 7,83 м2. Объем рабочего пространства печи VПЧ = BLhCP = 2,12*4,5*1,98= 18,89 м3. Объем металла VМ = n*π*r2*l = 2*3,14*0,312*1,7= 1,03 м3. Эффективную длину луча определим согласно формуле:
SЭФ = 3,5*(VПЧ - VМ)/(FМ +FКЛ) = 3,5*(18,89-1,03)/(7,83+44,48) = 1,19 м.
Угловые коэффициенты jКМ = jММ = FМ/(FМ +FКЛ) = 7,83/(7,83+44,48) = 0,15 jМК = 1 - jММ = 1-0,15 = 0,85
Приведенный коэффициент СПМ при степени черноты окисленной стали, равной eМ = 0,8 согласно формуле равен: СПМ = 5,67*eМ*jМК/(1-jММ*(1-eМ)) СПМ = 5,67*0,8*0,85/(1-0,15*(1-0,8)) = 3,97 Вт/м2К4
Так как в продуктах сгорания содержится 8,01% СО2 и 19,758% Н2О, парциальное давление углекислого газа рСО2 = 0,0801*0,0981 = 0,0079 МПа, а паров воды рН2О = =0,19758*0,0981= 0,0194 МПа. Определим степень черноты газов при трех значениях температур: tГ1 = tПК = 1220˚С, tГ2 = 1320˚С, tГ3 = 1420˚С. Коэффициент ослабления можно найти по формуле:
K = . Для TГ1 = 1220+273 = 1493 К: K = = 0,84
Для TГ2 = 1320+273 = 1593 К: K = = 0,79
Для TГ3 = 1420 + 273 = 1693 К: K = = 0,69
Степень черноты газов находим по формуле: eГ = 1-exp(-10КрSЭФ). Для TГ1 = 1493К: eГ = 1-exp(-10*0,84*0,0274*1,19) = 0,238 Для TГ2 = 1593К: eГ = 1-exp(-10*0,79*0,0274*1,19) = 0,226 Для TГ3 = 1693К: eГ = 1-exp(-10*0,69*0,0274*1,19) = 0,2
Приведенный коэффициент излучения в системе газ - металл - по формуле: СГМ = 5,67*eМ *eГ / (eГ + jКМ (1 - eГ)) Для TГ1 = 1493К: СГМ = 5,67*0,8*0,238/(0,238+0,15*(1-0,238)) = 3,06Вт/м2К4 Для TГ2 = 1593К: СГМ = 5,67*0,8*0,226/(0,226+0,15*(1-0,226)) = 3,00Вт/м2К4 Для TГ3 = 1693К: СГМ = 5,67*0,8*0,2/(0,2+0,15*(1-0,2)) = 2,84Вт/м2К4
Приведенный коэффициент излучения в системе кладка - металл - по формуле: СКМ = . Для TГ1 = 1493К: СКМ = = 5,01 Вт/м2К4 Для TГ2 = 1593К: СКМ = = 5,02 Вт/м2К4 Для TГ3 = 1693К:
СКМ = = 5,03 Вт/м2К4
В таблице 4 приведены результаты расчета для трех различных температур. Таблица 4
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|