Расчет нагрева металла

Лекция 3.

Расчет нагрева металла выполняют с целью определения времени, необходимого для достижения заданной температуры, или для того, чтобы найти температуру металла в данный момент времени.

t₆

В некоторых печах металл нагревают в виде стоп, рулонов, штабелей Для этих случаев, за небольшим исключением, методики аналитического расчета не существует ввиду сложности условий теплообмена внутри, садки, режим же нагрева подбирают опытным путем, например, так: закрепляют термопары, снимают показания и строят температурные кривые, как показано на рис. 1 и 2.

	t2		t5		t, ^0C

t₄

		t7 t2 t6 t1 t5 t3 t4

Рис. 1 Рис. 2.

	t1		t4

Чаще всего такой метод нагрева связан с термообработкой (во внимание принимаются технологические требования). На отдельных стадиях нагрева для выравнивания температуры по объему садку выдерживают опытным путем.

Нагрев под обработку давлением большей частью поддается расчету, так как изделия можно рассматривать как отдельные тела. Такой нагрев осуществляют в печах при высоких температурах, поэтому тепло на поверхность изделий передается главным образом излучением.

Основная задача расчета – найти приведенный коэффициент излучения от газа и кладки на металл (σ_пр) по формуле Тимофеева, которую и применяют для расчета теплообмена в промышленных печах и топках котлов:

I ₂₁(1- Е _г)+1_________ I ₂₁(1- Е _г)*[ Е ₁+ Е _г(1- Е ₁)]+ Е _г

(1) Q_г1= E _г Е _{1 *}* σ₀F₁(Т_г⁴-Т₁⁴)

≡ Е _г σ₀F₁(Т_г⁴-Т₁⁴) ≡ σ_г1F₁(Т_г⁴-Т₁⁴) - формула Тимофеева (после преобразования).

Для инженерных расчетов формулу (1) применяют в виде выражения:

Тг  

Тг

(2) Q_луч=С г.к.м.*F_м[()⁴- ()⁴] Вт

В уравнении 2 величину С г.к.м. называют излучением газов и кладки на металл.

Для расчета нагрева металла в печах необходимо знать суммарный коэффициент теплоотдачи к поверхности металла (α_Σ)

α_Σ= α_изл + α_конв (3)

Коэффициент теплоотдачи (α_изл) определяют по формуле (4):

	Qлуч____ (Тг-Тм)Fм		[(Тг/100)^4- (Тм/100)^4] Тг-Тм		Вт_ М^2К

α_изл = = Сг.к.м.

(4)

Здесь Тг и Тм – соответственно температура печных газов и температура поверхности металла; Ег и Ем – степень черноты газов и степень черноты металла.

Среднюю по объему печи четвертую степень температуры газа подсчитывают как среднее геометрическое четвертых степеней температур в районе горелки и отводящих каналов:

Т_газа⁴=√Т_гор⁴* Т_{отв.канал.}⁴ (5)

Полученное по формуле Тимофеева (σ_пр) называют коэффициент излучения газа и кладки на металл и обозначаются (σ_г.к.м). Так как некоторое количество тепла металл получает от газов путем конвекции, роль которой в нагревательных печах обычно невелика, примерно до 10%, следовательно (σ_г.к.м) увеличивается до 10%, иной раз до 15%.

Нагрев тонких и массивных тел.

Время нагрева тел с равномерным температурным полем определяется по формуле:

Т_н Т_с  

Т Т_с  

1 Т³  

Мс__ σ_пр*F

τ = * *[ψ - ψ ] (6)

τ – время, необходимое для нагрева тела от t_н до t.

Т Т_с  

ψ – функция определяется из рис. 3.

Рис. 3

В результате форсированного нагрева температура поверхности металла часто достигает конечного значения в тот момент, когда разность температур по сечению изделия не допустимо высока, например:

	Т пов. ~100-150 ^0C Т ц. или больше

Рис. 4

В этом случае для выравнивания температуры дают выдержку (термические процессы), сокращают тепловой поток через поверхность столько, чтобы дальнейший подъем температуры прекратился.

Если посмотреть на графики нагрева (см. лекцию 2), то можно отметить, что методический или ступенчатый режимы нагрева отвечают именно этим требованиям.

Дата добавления: 2014-01-07