Материал: Акимова Тепловые процессы КР 1

12. Принцип действия дымовой трубы

Различают естественную и искусственную тягу. Естественная тяга обеспечивается дымовой трубой, а искусственная создается дымо­сосом.

Естественная тяга возникает из-за разности давлений вследствие различия плотностей наружного холодного воздуха и горячих ды­мовых газов в трубе, в результате которой возникает движение потока дымовых газов по газоходам котла.

13. Принципы расчета дымовой трубы

hтр = (ртр*К3)/(ρв - ρт), где ртр-напор, К3 - коэф. запаса

ртр = hм + hтр + hг

Вопрос 1.3.

1. Внешняя и внутренняя теплопередачи.

Типы передачи (теплообмен): 1 Конвекция - от движущегося теплоносителя, 2 Излучение (радиация), 3 Теплопроводность - внутри за счет разности t-p.

Задачи: 1 Передать тепло к поверхности материала от теплоносителя (внешняя задача) 2 Распределить в обьеме материала (внутренняя задача).

Q внешн= α конв, изл * (tг-tпов)*F ,α — коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к поверхности материала; t°г -- средняя температура теплоносителя; t°пов -- сред­няя температура поверхности материала. F - площадь пов-ти.

Q внутр = λ/хо * (tг-tпов) * F, λ - коэф теплопроводности

Δt внеш/Δtвнутр= α*xo/λ

2. Критерий Био, его влияние на режимы обжига керамических изделий

α*xo/(Т*λ)= Bi

Критерий подобия Био является одним из самых важных параметров теории теплопроводности и им определяется интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой. Критерий подобия Био является количественной мерой интенсивности теплообмена, оцениваемой по средней теплопроводимости стенки.

Любая задача теории теплопроводности начинается с анализа величины критерия подобия Био.

3. Организация тепловой обработки теплотехнически толстых тел

2. Если критерий подобия Био больше 0,5, то пренебречь ни температурным перепадом, ни температурным напором нельзя, необходимо решить внутреннюю и внешнюю заадачу, обработка складывается из 3 величин: (время) τобр = τвнешн + τвнутр +τусреднения

4. Организация тепловой обработки теплотехнически тонких тел

Если критерий подобия Био меньше 0,5, в результате малых значений коэффициента теплоотдачи α и больших значений термопроводимости , то перепадом температуры внутри тела можно пренебречь, и решить только внешнюю задачу

5. Конвективные режимы теплообмена. Уравнение Ньютона.

3 режима: 1 Конвективный 2 Радиационный 3 Слоевой (смешанный)

Теплоотдача в конвекции ниже 500 град, Для сушилок, зоны подогрева печей используют уравнение Ньютона

Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи, равным плотности теплового потока на поверхности раздела, отнесенной к температурному напору между средой и поверхностью.

Количество теплоты, отдаваемое жидкостью твердой стенке или воспринимаемое жидкостью от стенки в единицу времени, определяется уравнением Ньютона –Рихмана

(только мы писали (tг-tм)) где α – коэффициент, характеризующий условия теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела, называемый коэффициентом теплоотдачи, Вт/(м²·°C); – температурный напор, K.

6. Области применения конвективного теплообмена

Конвективный теплообмен это совместный процесс переноса теплоты теплопроводностью и конвекцией в движущейся жидкости или газе.

Например, дымовые газы в печах отдают свое тепло нагреваемым заготовкам, а в паровых котлах — трубам, внутри которых греется или кипит вода; воздух в комнате нагревается от горячих приборов отопления, так же как и автомобиль от радиатора. Процесс теплообмена между поверхностью твердого тела и жидкостью называется теплоотдачей, а поверхность тела, через которую переносится теплота, — поверхностью теплообмена или теплоотдающей поверхностью.

7. Радиационные режимы теплообмена. Уравнение Стефана-Больцмана

Радиацио́нный теплообме́н (лучистый теплообмен, теплообмен излучением) — превращение внутренней энергии вещества в энергию излучения (энергию фотонов, или электромагнитных волн), перенос этого излучения в пространстве и его поглощение другим веществом. Протекание процессов радиационного теплообмена определяется взаимным расположением в пространстве тел, обменивающихся теплом, свойствами среды, разделяющей эти тела. Существенное отличие радиационного теплообмена от других видов теплообмена (теплопроводности, конвективного теплообмена) заключается в том, что он может протекать и при отсутствии материальной среды, разделяющей поверхности теплообмена, так как осуществляется в результате распространения электромагнитного излучения. Лучистая энергия, падающая в процессе радиационного теплообмена на поверхность непрозрачного тела и характеризующаяся значением потока падающего излучения Q_пад, частично поглощается телом, а частично отражается от его поверхности.

Уравнение Стефана-Больцмана выражает традиционный режим работы печей:

Qизл. = Cr * E[(Tr/100)^4 - (Tn/100)^4] *F*T

8. Разновидности радиационного теплообмена

Виды теплообмена:

1) Равномерно-распределённый режим радиационного теплообмена. Могут быть три различных случая организации радиационного режима работы печи равномерно-распределённый (при QnM=Qkn (M-металл;k-кладка)) направленный прямой (при QnM>Qkn ) и направленный косвенный (при QnM<Qkn ). При равномерно распределённом режиме решающую роль играет величина степени черноты пламени (газов). При малых величинах E тепловой поток, приходящийся на металл и кладку, относительно невелика. Стремление увеличить тепловой поток на металл при равномерно распределённой температуре по толщине пламени приводит к необходимости увеличения величины излучательной способности пламени E Поскольку E одновременно характеризует и поглощательную способность пламени, пламя тем сильнее экранируют кладки, чем выше E и, следовательно, тем меньше тепла от кладки попадает на металл. В случае равномерно распределённого режима повышения степени черноты пламени E при Т=const всегда вызывает интенсификацию теплообмена. В практических условиях увеличить E можно 2-мя путями увеличением толщины слоя газов и повышением E путём естественной и искусственной карбюризации. Увеличения толщины газового обмена связано с увеличением высоты работы производства и поэтому во многих случаях является не целесообразным. Данный режим теплообмена наиболее целесообразно применять в печах, в которых нагревают массивные изделия. В этом случае быстрота нагрева определяется условиями внутреннего теплообмена, поэтому относительно небольшая интенсификация внешнего теплообмена не имеет лимитирующего значения. С равномерно распределённым режимом развивают нагревательные колодцы, которые камерные печи сварочные зоны методических печей и др. В качестве топлива выбирают такие виды, которые обеспечивают хорошую светимость факела мазут, природный газ коксодоменный газ (смесь).

2) Направленный прямой режим радиационного теплообмена Направленный прямой режим радиационного теплообмена обеспечивается созданием градиента температур по толщине пламени с приближением максимума температур к поверхности металла, т.е. когда плотность излучения газов на поверхность металла больше чем на кладку. Это достигается неравномерным распределением температуры и степени черноты в объёме газа, печи.

Если максимум температуры и степени черноты располагается непосредственно у поверхности нагрева, то прямой направленный теплообмен будет выражен наиболее ярко. Изменение температуры и степени черноты по сечению газового слоя является важным средством для увеличения теплоотдачи на поверхность нагрева и облегчения условий службы кладки. Степень развития кладки на теплоотвод влияет меньше чем при равномерно распределённом. Прямой направленный теплообмен создают окислением топлива в факеле. Различая один или несколько факелов в нежней части рабочего производства печи, можно получить интенсивную теплоотдачу на поверхности нагрева. Размеры факелов, определяемые размерами горелочных устройств должны быть такими, чтобы факелы, сохраняли индивидуальность по всей длине рабочего пространства печи, при характерных отличиях температурных режимов и светимости. Направленный прямой теплообмен широко используется в плавильных печах и нагревательных печах при нагреве тонких термических и массивных изделиях, размещённых на поду печи. Режим направленного прямого теплообмена нерационально применять в том случае, когда поверхность нагрева распределена по всему объёму печи (в нагревательных колодцах, кирпичеобжиговых печах и др.)

3) Направленный косвенный режим радиационного теплообмена. Подобный вид теплообмена имеет место в том случае, когда тепло, выделяющееся при сгорании топлива, передается нагреваемому материалу не непосредственно от пламени, а через посредника, которым чаще всего является кладка свода печи. Нагреваемый металл имеет сплошной спектр поглощения, поэтому надо стремиться, чтобы падающий на него тепловой поток сплошной спектр излучения. Направленный косвенный теплообмен создают размещением факелов (пламени) в верхней части рабочего права печи приближая область минимальных температур к поверхности огнеупора. При это происходит рост температуры кладки и трансформирование селективного излучение кладки. В последнее время широкое распространение получает сводовое отопление печи, которые работают в указанном режиме теплообмена. Для достижения этой цели применяют различного рода горелки, создающих плоский разомкнутый факел (плоскопламенныегорелки) у которых возникшее пламя тонким слоем распространяется по поверхности свода, обеспечивая высокую теплоотдачу. В печах, работающих с направленным косвенным радиационным режимом, излучение кладки на металл играет важнейшую роль, и величина степени развития кладки имеет в этом случае большее значение, чем при равномерно распределённом режиме. Данный вид телеобмена целесообразно применять, когда необходим равномерный нагрев. Необходимо

9. Равномерно-распределенный радиационный теплообмен, области его применения при обжиге изделий из керамики

Равномерно распределенный режим теплообмена наиболее целесообразно применять в печах, в которых нагреву подвергаются массивные изделия. В этом случае быстрота нагрева определяется условиями внутреннего теплообмена и относительно небольшая интенсивность внешнего теплообмена при равномерно распределенном режиме не имеет лимитирующего значения.

10. Области применения радиационного теплообмена в производстве керамики

Радиационная сушка для удаления воды из полуфабриката

Крупногабаритные полуфабрикаты могут подвергать радиационно-конвективной сушке в камерных сушилках

также в зависимости от вида рациационного теплообмена

а) равномерно распределенный - в каменных и кольцевых печах

б) направленный (прямой) в ванных печах для варки стекла

в) косвенный: муфельные печи, муфельные огноупорные перегородки, кот. Разделяют зону генерации тепла от технологической зоны

11. Равномерно-распределенный радиационный теплообмен, области его применения при обжиге изделий из керамики

Q_п^мат примерно= Q_п^кладки . в каменных печах и кольцевых

1) Равномерно-распределённый режим радиационного теплообмена. Могут быть три различных случая организации радиационного режима работы печи равномерно-распределённый (при QnM=Qkn (M-металл;k-кладка)) направленный прямой (при QnM>Qkn ) и направленный косвенный (при QnM<Qkn ). При равномерно распределённом режиме решающую роль играет величина степени черноты пламени (газов). При малых величинах E тепловой поток, приходящийся на металл и кладку, относительно невелика. Стремление увеличить тепловой поток на металл при равномерно распределённой температуре по толщине пламени приводит к необходимости увеличения величины излучательной способности пламени E Поскольку E одновременно характеризует и поглощательную способность пламени, пламя тем сильнее экранируют кладки, чем выше E и, следовательно, тем меньше тепла от кладки попадает на металл. В случае равномерно распределённого режима повышения степени черноты пламени E при Т=const всегда вызывает интенсификацию теплообмена. В практических условиях увеличить E можно 2-мя путями увеличением толщины слоя газов и повышением E путём естественной и искусственной карбюризации. Увеличения толщины газового обмена связано с увеличением высоты работы производства и поэтому во многих случаях является не целесообразным. Данный режим теплообмена наиболее целесообразно применять в печах, в которых нагревают массивные изделия. В этом случае быстрота нагрева определяется условиями внутреннего теплообмена, поэтому относительно небольшая интенсификация внешнего теплообмена не имеет лимитирующего значения. С равномерно распределённым режимом развивают нагревательные колодцы, которые камерные печи сварочные зоны методических печей и др. В качестве топлива выбирают такие виды, которые обеспечивают хорошую светимость факела мазут, природный газ коксодоменный газ (смесь).

12. Направленный радиационный теплообмен, области его применения при обжиге изделий из керамики

Q_п^мат >>Q_п^кладки , в ванных печах для варки стекла

2) Направленный прямой режим радиационного теплообмена Направленный прямой режим радиационного теплообмена обеспечивается созданием градиента температур по толщине пламени с приближением максимума температур к поверхности металла, т.е. когда плотность излучения газов на поверхность металла больше чем на кладку. Это достигается неравномерным распределением температуры и степени черноты в объёме газа, печи.

Если максимум температуры и степени черноты располагается непосредственно у поверхности нагрева, то прямой направленный теплообмен будет выражен наиболее ярко. Изменение температуры и степени черноты по сечению газового слоя является важным средством для увеличения теплоотдачи на поверхность нагрева и облегчения условий службы кладки. Степень развития кладки на теплоотвод влияет меньше чем при равномерно распределённом. Прямой направленный теплообмен создают окислением топлива в факеле. Различая один или несколько факелов в нежней части рабочего производства печи, можно получить интенсивную теплоотдачу на поверхности нагрева. Размеры факелов, определяемые размерами горелочных устройств должны быть такими, чтобы факелы, сохраняли индивидуальность по всей длине рабочего пространства печи, при характерных отличиях температурных режимов и светимости. Направленный прямой теплообмен широко используется в плавильных печах и нагревательных печах при нагреве тонких термических и массивных изделиях, размещённых на поду печи. Режим направленного прямого теплообмена нерационально применять в том случае, когда поверхность нагрева распределена по всему объёму печи (в нагревательных колодцах, кирпичеобжиговых печах и др.)