Особенности расчета суммарного коэффициента теплоотдачи в электрических и топливных печах

1.1.1.  Особенности расчета суммарного коэффициента теплоотдачи в электрических и топливных печах

Рассмотрим определение средних значений коэффициентов теплоотдачи на поверхности изделий, нагреваемых в электрических и топливных печах.

Электрические печи. В электрических печах без искусственной циркуляции воздуха основным видом теплообмена, определяющим нагрев изделий, является теплообмен лучеиспусканием. Конвективный теплообмен в результате свободного движения воздуха около поверхности нагреваемого изделия имеет небольшую интенсивность и коэффициент теплоотдачи конвекцией в нагревательной камере печей сопротивления с температурой выше 700^°С приближенно может быть принят равным 10...15 Вт/(м²К). Для более низких температур он может быть подсчитан  по одной из формул изложенных ниже в разделе о конвективном теплообмене в топливных печах.

В частном случае при нагреве изделий из алюминиевых сплавов в низкотемпературных конвекционных печах величина коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием невелика из-за малой степени черноты изделий:

температура печи, ^°С...100   200   300   400    500    600

a_луч., Вт/ ( м²*K)...........1,9    3,6   6,3    10,1   15,2   21,8

Коэффициент теплоотдачи конвекцией в этом случае имеет большее значение и может быть вычислен по следующей формуле:

 ,                                                                               (1.4)

где   - коэффициент, зависящий от температуры печи:

температура печи, ^°С... 100    200    300    400    500    600

               ......................4,81   4,19   3,74   3,37   3,20   3,09

W - скорость воздушного потока в рабочей камере печи, м/с.

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием в общем случае  определяется по формуле

a_л  = с_пр                                                               (1.4)

где T_п и T_м  - текущие значения температур соответственно печи и металла, К;

С_пр. - приведенный коэффициент излучения.

С_пр. =                                                            (1.5)

где

С_O = 5,67 Вт/м²*K⁴ - константа излучения абсолютно черного тела; e_M - степень черноты нагреваемого металла; e_P - степень черноты кладки печи; F_M - тепловоспринимающая поверхность нагреваемого металла, м²; F_P - поверхность нагревательной камеры печи, м².

При нагреве в среднетемпературных электрических печах с воздушной атмосферой значение С_PR. » 2,5...3,0.

При изменении температуры в рабочей камере печи среднее значение коэффициента теплоотдачи определяется по формуле

,        (1.6)

где a_L^H и a_L^K - коэффициенты теплоотдачи излучением соответственно в начале и в конце температурного интервала нагреваемого металла, Вт/ (м²*K); Т_PH и Т_MK - температуры соответственно печи и металла в начале нагрева, К ; Т_PK  и Т_MK - температуры соответственно печи и металла в конце нагрева , К ; С_PR.^H и С_PR.^K - приведенные коэффициенты излучения соответственно в начале и конце нагрева, Вт/(м²*K⁴) .

Если в процессе нагрева изделий температура в нагревательной камере остается неизменной, то

,                                          (1.7)

При определении a_L в печи с постоянной температурой можно также пользоваться формулой

 ,                                                          (1.8)

где T_M.СP  - средняя за время нагрева температура изделия, К ;

Т_M.CP = 1/ 3 ( i_M.H  + i_M.K ) + 273 ,                                                     (1.9)

где i_M.H и i_M.K - температуры изделия соответственно в начале и в конце температурного интервала нагрева, ^°С.

Средняя температура нагреваемого металла (T_M.СP) может быть определена по формуле :

 ,                                                         (1.10)

где T_MH  - начальная температура металла, К ; T_MK - конечная температура металла, К .

В печах с постоянной температурой ( 700...900 ^°С ) коэффициент теплоотдачи излучением приближенно можно подсчитать по эмпирической формуле :

,                                                                  (1.11)

Топливные печи . Дымовые газы ,  заполняющие рабочее пространство топливной печи, передают тепло лучеиспусканием и конвекцией нагреваемым  изделиям и стенкам печи. Последние излучают тепло на изделия. Все эти процессы учитываются при определении коэффициента теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле:

a_L = 5,67 e_M·K ,                                                      (1.11)

где T_G  - температура дымовых газов в рабочем пространстве печи, К ; T_M.СP - cредняя температура нагреваемого металла, К ; e_M- степень черноты поверхности изделия; K - коэффициент, учитывающий взаимные процессы лучеиспускания дымовых газов, изделия и стенок печи.

По данным Г.Л.Поляка, коэффициент K выражается следующей формулой :

  ,                                                          (1.12)

где  w - степень развития кладки, её численное значение приблизительно равно отношению суммарной внутренней поверхности стенок и свода печи F_P к воспринимающей тепловое излучение поверхности металла F_M  :

w =  ,                                                                                             (1.13)

e_G  - степень черноты дымовых газов.