Задачи по общей теории тепловой работы и конструкции пром. печей

Домашнее задание  № 1 по курсу «Общая теория тепловой работы печей» 

Определить потерю теплоты излучением через окно шириной  А и открытое на высоту В, если толщина  стенки S=0,35 м, а температура печи Т = 1500⁰С, t – доля времени, когда открыто окно. Чему будет равна потеря теплоты через то же окно, закрытое металлической заслонкой? 

 

Решение:

Находим:

Тогда угловой  коэффициент 

Поэтому

Следовательно ,

где - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

Т_печ – температура печи, К;

F – площадь открытого окна, м²;

Ф – коэффициент  диафрагмирования;

j₁₂ – угловой коэффициент с излучающей плоскости на тепловоспринимающую. 

Если время  открытия окна в течение 1 ч работы печи составляет 0,05 ч или 3 мин, то потери теплоты составят

Потери теплоты  через окна, закрытые металлическими заслонками

, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Домашнее задание № 2

Рассчитать время  охлаждения агломерата до температуры, позволяющей транспортировать его ленточными транспортерами с резиновой лентой. Агломерат состоит из крупной фракции диаметром d1 в кол-ве  j1 (по объему) и мелкой фракции диаметром d2 в количестве j2. Агломерат загружен в охладитель с неподвижным слоем при средней температуре Тм и общей порозностью   0,514. Охлаждение производится холодным воздухом с температурой Тг на входе в слой и скоростью фильтрации Wго = 1 м/с. Высота слоя Н.

Во сколько раз увеличится время охлаждения агломерата при наличии крупного куска диаметром d0?

Решение: 

1. Прежде всего,  определим температуру холодного  агломерата на выходе из слоя. Агломерат будет транспортироваться резиновой лентой, поэтому температура центра кусков не должна превышать 150⁰С. Считая, что куски имеют шарообразную форму и в конце периода распределение температуры по радиусу куска параболическое, получим формулу для определения средней температуры куска по массе в конце периода охлаждения , приближенно считая ,

2. Вычислим значение  безразмерной температуры, до  которой надо охладить агломерат:

3. Температура  в слое в начальный период  резко уменьшается, поэтому за  определяющую для выбора теплофизических  свойств воздуха и агломерата  примем температуру, более близкую  к холодному воздуху. Вычислим  среднюю температуру:

Тогда

- коэффициент теплопроводности  газа (воздуха)

- коэффициент несимметричности  нагрева

Вычислим число  Рейнольдса

Находим коэффициент  теплоотдачи

4. Внутреннее  термическое сопротивление входит  в коэффициент массивности

,

где - коэффициент теплопроводности агломерата.

5. Коэффициент  теплопередачи определяется по  формуле  и объемный коэффициент теплопередачи

6. Определим  значение безразмерной высоты  слоя:

, где  - средняя теплоемкость воздуха.

Безразмерное  время  , где - теплоемкость агломерата;

7. Используя  графики, найдем значение Z_S, соответствующее q=0,949 и Y_S=5,7. Приблизительно имеем Z_S»18. Отсюда: время охлаждения крупной фракции

8. Время охлаждения мелочи определяется по формуле , где

9. Полное время  охлаждения агломерата составит  сумму времен охлаждения крупных  кусков и мелочи 

 Расчет охлаждения  слоя при наличии крупного куска:

1. Коэффициент теплоотдачи кускам крупной фракции .
2. Расстояние центра крупного куска от поверхности слоя, через которую фильтруется воздух .
3. Безразмерная высота от этой поверхности до центра куска
4. Безразмерная температура :
5. Используя график найдем значение Z_S, соответствующее и Y_S=5,4. Приблизительно получим Z_S»16, отсюда
6. Время охлаждения мелочи определим по формуле
7. Время охлаждения крупного куска , где
8. Суммарное время охлаждения

Таким образом, наличие крупного куска в слое увеличило время охлаждения с 0,72 до 1,06 часа, т.е. в 1,47 раза. 
 

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Домашнее задание  № 3

Определить геометрические размеры, схему включения и расположение нагревателей в печи, обеспечивающие при выбранном материале нагревателей оптимальные условия их службы. Обосновать свой выбор. Мощность печи Р, геометрические размеры Н*В*L, температура нагрева соответственно Ткон. и Тнач.=20С. Uc=380V.

Решение:

1. Находим рабочую температуру нагревателей .
2. Принимая вертикальное расположение нагревателей и учитывая, что высота рабочего пространства печи равна 0,5 м, выбираем материал нагревателей и определяем величину удельного электросопротивления r Ом*м: Нихром Х20Н80 (плотность при 0⁰С = 8400 кг/м³; удельное электросопротивление . Нагреваемый материал – латунь. Степени черноты
3. Используя график, находим удельную поверхностную мощность идеального нагревателя
4. Выбираем тип нагревателя – проволочный зигзагообразный нагреватель.
5. Определяем удельную поверхностную мощность реального нагревателя , где a - поправочный коэффициент.
6. Зная мощность печи, напряжение питающей сети, удельное сопротивление нагревателя, находим геометрические размеры нагревателя: диаметр

Длина  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пусть будет щедрым Новый Год,  
Пусть он на счастье не скупится,  
Пусть зажигает звёзды в срок,  
Чтоб всем твоим желаньям сбыться.