Теплопередача в электротермическом оборудовании. Электропечи сопротивления. Установки индукционного и диэлектрического нагрева. Электролиз

§ 1.2. Теплопередача в электротермическом оборудовании.

Теплопередача   в   электрических   печах   может   осуществляться   всеми   видами теплообмена:

-теплопроводность

-конвекция

-тепловое излучение.

Теплопроводность - процесс передачи теплоты внутри тел посредством передачи колебательного движения частиц вещества.

Описывается эмпирическим законом Фурье.

q = - λ grad t

q — поток тепла через квадратный метр в единицу времени, Вт/м2

λ— коэффициент теплопроводности, химическая способность вещества проводить теплоту.

Конвекция - передача теплоты вместе с движение частиц вещества. Имеет место только в текучих средах (жидкостях, газах).

Различают   естественную   (свободную)   конвекцию,    возникающую   вследствие движения вещества из-за разности плотностей более или менее нагретых объёмов жидкости и принудительную (вынужденную), когда движение вещества создаётся искусственным путём (вентиляторами).

Описывается законом Ньютона-Рихмана.

q_Kон =α(t_ст -t_ж)

q — уд. поток тепла

α — коэффициент теплоотдачи ковекции;  χ зависит от многих факторов, в частности от температуры, от геометрических размеров, формы тел, __, от скорости потока

(относительно движения).

В общем сл-е:

α=(t_сл , tж, F, X, a, c, ρ, v∙ω)

X - безразмерная координата

c - теплоемкость

ρ - плотность

v - коэффициент кинематической вязкости жидкости

ω - относительная скорость

В общем сл-е:

Для вертикальной стенки

 

Для горизонтальной стенки

 

При вынужденной конвекции коэффициента теплоотдачи в основном зависят от __.

Его реакции рассчитывает по следующей формуле:

[м/с]     [Вт/м²]

Тепловое    излучение   -   передача   энергии   в   виде   электромагнитных   волн, происходящих в средах прозрачных для тепловых лучей.

При нагреве щелочи электрон на внешних обитах переходит на более высокую орбиту, которая является неустойчивой. Возвращаясь в исходное поле, они излучают энергию. Тепловое излучение, в основном, происходит в диапазоне 0,4 до 40 мкм и распространяются со скоростью света.

Собственная инфракрасная область 0,8-40 мкм.

Основной закон теплового излучения - з. Стефайа-Больцмана. Он определяет поток лучистой энергии испускаемой во всем диапазоне волн 0< λ <∞ и записывается:

для серого тела:

q -удельный поток см² „используемого во всем диапазоне волн,  - постоянная Больцмана.

т-абсолютная температура излучаемой поверхности,

-степень черноты.

Рассмотрим в качестве примера теплообмен в камере косвенного нагрева.

Рис. 2.1. Камерная электропечь.

1 — дверца; 2 — боковой нагреватель; 3 — сводовый нагреватель; 4 — футеровка; 5 — кожух; 6 — коробка выводов нагревателей; 7 — подвод газа; 5 — подовые нагреватели; 9 — подовая плита; 10 — термопара.

Нагревательные элементы преобразуют электрическую энергию в тепловую. Эта энергия   выделяется   с   поверхности   нагревателя   излучением   и   конвекцией и передаётся    с    поверхности    нагреваемых    изделий,    таре,    вспомогательным транспортным устройствам, стенкам печи.

Если печь вакуумная, то тепло передаётся излучением.

Передача теплоты от поверхности изделий внутрь происходит теплопроводностью.

Если изделия пористые, то теплопроводностью и конвекцией.

Наружу теплота передаётся за счёт теплопроводности стенки и конвекцией и излучением от наружных поверхностей помещению.

В момент включения печи из холодного состояния происходит разогрев самой печи, то есть наблюдается нестационарный режим.

Во время нестационарного режима значительная доля тепла расходуется на нагрев , материалов  печи.  Поэтому  для  экономии  тепла  печь  стараются  использовать непрерывно (несколько циклов), если иное не предусмотрено технологией. В стационарном режиме мощность нагревателей используется на нагрев заготовки и вследствие её прогрева на покрытие тепловых потерь.

формула для сложного теплообмена

 

- коэффициент теплоотдачи

F - площадь

δ - толщина стенки

λ -коэффициент теплопроводности

§ 1.3. Материалы, применяемые в электропечестроении.

Ж. к. в печах температура может достигать более 1000 градусов С,  в  них

Применяются огнеупорные материалы. Они способны выдержать без деформации и оплавления температуру до 1500 градусов Ц., а также иметь прочность, чтобы выдержать вес загрузки и транспортных устройств, то есть не разрушиться из-за перепада температур, так же иметь малую электропроводность, так как их могут касаться   электронагреватели,   должны   иметь   малую   теплопроводность,   чтобы