Конвективный режим работы печей-еплообменников

Под конвекцией в широком смысле этого слова понимаются массообменные процессы, происходящие в жидкой или газообразной средах под действием тех или иных сил, действующих в этих средах. Массообмен может носить естественный характер, когда конвекция происходит под действием возникающих разностей плотностей в различных местах жидкой или газообразной сред, или вынужденный характер под влия­нием, сил, приложенных извне. Теплоотдача конвекцией — это сложное явление, в котором молекулярная теплопроводность и диффузия соче­таются с конвективным переносом массы. Процесс теплоотдачи конвекцией лимитируется именно в звене молекулярной теплопроводности в области так называемого пограничного слоя. Если движение среды слоистое, то теплоотдача конвекцией целиком сводится к теплопровод­ности и молекулярной диффузии в рассматриваемом слое жидкости или газа, напротив, при турбулентном движении среды перенос за пределами пограничного слоя определяется конвективным массообменом. Ско­рость переноса тепла в этой области при развитой турбулентности столь велика, что ее можно рассматривать как бесконечно большую. В этом случае турбулентное состояние основной массы потока влияет на тепло­отдачу конвекцией в той мере, в какой эта турбулентность влияет на толщину пограничного слоя.

Поскольку передача тепла через пограничный слой осуществляется теплопроводностью, то для определения величины теплоотдачи конвек­цией может быть использована общая теория переноса массы. Однако зависимость толщины пограничного слоя от ряда параметров заставляет пользоваться уравнением

где а_к — коэффициент теплоотдачи конвекцией.

В отличие от других коэффи­циентов, применяемых в теории теплопереноса, коэффициент α_к есть величина, зависящая от многих факторов и определяемая наиболее часто опытным путем (существуют приближенные аналитические методы ее нахождения, базирующиеся на математической модели пограничного слоя). Общим выражением, позволяющим находить коэффициент тепло­отдачи конвекцией при вынужденном движении, является взаимосвязь между числами:

Нуссельта (Nu=α_кx₀/λ),

Рейнольдса (Re=wx₀/v),

Прандтля (Pr = а/ν),

представленная уравнением

В указанные числа входят следующие величины: w — скорость пото­ка в. отдалении от поверхности нагрева, м/с; х₀ —характерный геомет­рический параметр, м; р — плотность среды, кг/м³; λ — коэффициент ее теплопроводности, Вт/(м • К); с — массовая теплоемкость, Дж/(кг К);

v — кинематическая вязкость, м²/с,; n и m — экспериментальные или расчетные константы.

Как показывает анализ главное влияние на теплоотдачу конвекцией оказывает удельная мощность потока, зависящая от массовой скорости ρw [кг/(м² -с)], т.е. от расхода, отнесенного к единице поперечного сечения потока теплоносителя. Вторым по значимости яв­ляется коэффициент теплопроводности, далее следуют удельная массо­вая теплоемкость и коэффициент внутреннего трения, которые воз­действуют в противоположных направлениях.

Зависимость плотности теплового потока излучением и конвекцией от температуры источника  

РАДИАЦИОННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ПЕЧЕЙ

Согласно классификации М. А. Глинкова радиационные режимы работы печей подразделяются на три вида: косвенный направленный, равномерно распределенный и прямой, направленный (рис.1). Каждый из этих видов отличается друг от друга соотношением потоков теплоты, падающих от греющих газов на поверхность кладки () и на поверхность нагреваемого металла ().При прямом направленном радиационном режиме > (рис.1.а), а эксцентриситет излучения газов смещен и поверхности нагреваемого металла.

Интенсификация косвенного направленного режима теплообмена достигается за счет увеличения температуры и степени черноты, прежде всего того слоя пламени, который располага- ется ближе к поверхности футеровки. Оптимальное значение степени черноты пламени соответствует такому значению, которое обеспечивает при соответствующем эксцентриситете излучения пламени и степени развития кладки
максимальное значение плотности результирующего теплового потока на металл. Эта оптимальная величина степени черноты пламени уменьшается по мере увеличения эксцентриситета излучения в сторону футеровки. Для снижения экранирования металла от свода степень черноты газовых слоев, примыкающих к поверхности металла, должна иметь минимальную величину, приближающуюся к нулю.

Рис.1. Разновидности радиационного режима теплообмена:   а, б, в – температурное поле и тепловые потоки, соответственно при прямом направленном, равномерно распределенным и косвенным направленным радиационных режимах теплообмена.

Дата добавления: 2015-07-12