Продолжительность нагрева.

Размещение материала и схему циркуляции, в особенности для крупногабаритной садки, следует выбирать по возможности таким образом, чтобы длина омываемой грани была наименьшей, т.е. с минимальным характерным размером 1 (для чисел Re и Nu); это, во-первых, дает увеличение α_ср и, во-вторых, укорачивая циркуляционный контур, снижает перепад газового потока по длине тракта. Так, в рассматриваемом случае рациональное направление движения воздуха - поперек верхней и нижней граней I пакета (по стрелке А, рис.2): при этом основной поток тепла направлен вертикально, вдоль листов (с наибольшей

теплопроводностью), характерный размер S для чисел Bi и Fo при двустороннем нагреве будет равен половине толщины пакета S = 1, а для чисел Re и Nu 1 = 2 м.

С целью выбора оптимального режима нагрева принимаем к расчету три варианта температуры печи t_п* = 400, 450 и 500° С и задаемся скоростью набегающего потока v = 5 м/с (это значение подлежит последующей увязке с параметрами работы ротора по результатам аэродинамического расчета).

Таблица 2

Результаты расчета по трем вариантам задания t*_n

Вариант	tп, ̊С	Re·10^5	Nu	αср, Вт1(лг -К)	τр, ч	Δtc, ̊С	NВ, кВт
		1,588		11,6
		1,41		11,2	ПО
		1,26		10,8

Значение числа Re = v·l/v для принятых условий получаются больше Re_Kp = 10⁵ во всех вариантах режим течения турбулентный (табл. 2). Для случая обтекания пластины турбулентным потоком рекомендуется уравнение средней теплоотдачи, дающее хорошее совпадение с опытными данными:

Nu = 0,037 · Re^0,8 · Рr^0,43 при Re = 10 ⁴ - 3 · 10⁷.

Вычисленные по этой формуле значения α_ср для различных Т_г отличаются незначительно (табл. 2) принимаем в дальнейшем α_ср = 10,8 Вт/(м^2·К).

Re = 5·3/79,3·10^-6 = l,89·10⁵, Nu = 0,037·(l,89·10⁵)^0,8 ·0,703^0,43 = 529  

При другой схеме циркуляции, с движением потока вдоль границ 1 (по стрелке
Б, рис.2), получили бы при t_г = 500° С значение Re с характерным размером 1 = 3 м,

и

α_cp =Nu·λ_г/1=529·5,62·10^-2/3 = 9,8 Вт/(м²·К), т.е. меньше, чем по принятой схеме.

Так как Bi = α·S/λ = 10,8·1/23 = 0,47 > 0,25, имеем случай «толстого» тела. По известной методике решения задач теплопроводности массивного тела определяем время нагрева τ_к для всех вариантов. По значениям Bi = 0,47 и относительной температуре поверхности тела θ_П =(t_n-t_o)/(t_r-t_o), пользуясь графиком зависимости θ_п = f(Bi, Fo) для пластины при постоянной температуре печи [14, с. 199], находим критерий Fo и τ_к = Fo·S²/a. Далее, используя найденные значения Fo и Bi, с помощью аналогичного графика для относительной температуры середины пластины θ_ц = (t_ц - t_o)/(t_г - t₀) [14, с. 203] получаем значения θ_ц и температуру центра пластины t_ц = θ_ц·(t_г - t₀) + t₀, вычисляем перепады температур по сечению Δt_c = t_пов – t_ц (см. табл. 2).

	Ni

N_i

Δi

Рис. 3» График тепло­вых нагрузок и темпера­тура садки и печи в процессе нагрева (к рас­четному примеру)_: t_c, t_ср, t_пов - температу­ра садки: центра, средняя поверхности: Δi- - прирост теплосодержания садки; N_i и N_i ', — количество энергии, потребное для нагрева сад­ки в соответствии с графи­ком без учета и с учетом потерь тепла через изоляцию

Дальнейший расчет проведем для варианта t_n* = 500° С. Разбивая весь период нагрева на интервалы, по тем же графикам находим t_пов каждого интервала и вычисляем среднюю по сечению температуру садки t_cp = (t_пов + t_ц)/2; прирост теплосодержания (т. е. количество усвоенного в интервале тепла) Ai = G_cx^-At_M кДж, где Δt_M = t_cp2 - t_cp1 разность средних температур в интервале; количество затраченной энергии, эквивалентное Δi: Ni = Δi/τ·3600 кВт (табл. 3, рис. 3). Объем и масса садки: W_c = 2x2x3 = 12 м³, G_c = 12·4600·0,48 = 26 520 кг.

В связи с большим перепадом температур по толщине Δt_c = 55° С (см. табл. 2) возникает задача выравнивания температурного поля в объеме садки. Эту задачу можно решить двумя способами:

1) несколько перегреть материал, повысив t_пов больше заданной на допустимый уровень, а затем без подвода тепла выдержать садку до полного выравнивания температуры; при этом t_K снизится, приближаясь к заданной;

2) поддерживать достигнутую температуру равной заданной t_пов = const
подводом соответствующего количества тепла. Это достигается снижением t_n
почти до t_пов, а так как в этом случае теплоотдача к садке будет мала, то такой
способ требует большого времени. На практике чаще всего реализуется смешанный способ (снижается температура печи, несколько возрастает t_пов).

Таблица 3

Дата добавления: 2015-08-10