Определение основных конструктивных характеристик металлического трубчатого промышленного рекуператора

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

	Пирометаллургическое оборудование

 

По дисциплине                                      ________________________________________________________________________

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема:                                       Моделирование расчет рекуператора

Автор: студент гр.   АПМ-02       ____________________                   /Данилова Н. В./

                                                               ^{(подпись)                                                   (Ф.И.О.)}

ОЦЕНКА:     _____________

Дата:

ПРОВЕРИЛ

Руководитель работы   доцент        ________________                         / Дубовиков О. А. /

                                         ^{(должность)                      (подпись)                                                                       (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2005

Цель работы: определение основных конструктивных характеристик металлического трубчатого промышленного рекуператора.

Теоретические сведения:

Печи цветной металлургии теряют значительное количество тепла, уносимого из рабочего пространства отходящими газами, шлаком и водой, охлаждающей детали печей. Эти потери составляют соответственно 30-60, 10-30 и 5-20 % от общего тепла в печах. Используя это тепло можно сэкономить сотни тонн топлива и тысячи киловатт-часов электроэнергии в сутки.

Наибольшее значение имеет использование физического и химического тепла отходящих газов: 1) подогревом воздуха и газообразного топлива в рекуператорах и регенераторах; 2) получением пара в котлах-утилизаторах; 3) подогревом шихты. Тепло расплавленных шлаков и тепло, уносимое из охлаждаемых деталей печей, наиболее рационально применять на установках для подогрева воды и получения пара.

В качестве примера теплоизолирующего устройства в работе рассчитан рекуператор, предназначенный для подогрева воздуха. Расчет производится на основе подобия с использованием модельных опытов.

Рекуператор – устройство, в котором за счет тепла отходящих газов металлургической печи подогревается холодный воздух. Подогретый воздух подается, например, в шахтную печь для повышения температуры в рабочем пространстве печи, снижения расхода топлива и увеличения термического КПД печи. Работа рекуператора определяется конвективным теплообменом между движущимся газом и поверхностью твердого тела при их соприкосновении.

Процессы конвективного теплообмена в промышленном рекуператоре могут быть изучены с помощью моделирования. Результаты опытов, полученные на моделях, при соблюдении определенных условий можно переносить на промышленные образцы. 

Процесс конвективного теплообмена описывает дифференциальное уравнение Фурье – Кирхгофа. На основании этого уравнения закономерности явлений могут быть выражены через критерии подобия в виде критериальных уравнений, справедливых для всех подобных между собой явлений. Для модели рекуператора критериальное уравнение конвективного теплообмена можно записать

                        (1)

где Nu –  критерий конвективной теплоотдачи Нуссельта,

Fo  – временной критерий Фурье (безразмерное время),

      Re – критерий Рейнольдса, определяющий характер движения газа и                характеризующий искусственную конвекцию,

 Pr – критерий Прандтля (подобия температурных и скоростных полей),

Gr – критерий Грасгофа, характеризующий процесс естественной конвекции.

При вынужденном движении воздуха в рекуператорах в условиях стационарного процесса из уравнения (1) выпадает критерий Фурье. В уравнении также можно пренебречь и влиянием естественной конвекции, то есть критерием Грасгофа. Поскольку пределы изменения температур воздуха сравнительно небольшие, критерий Прандтля можно считать постоянным и процесс теплообмена практически не зависимым от него. Таким образом, конвективный теплообмен для нашего случая будет определяться следующим критериальным уравнением:

          (2)

где       

            α_конв – коэффициент теплоотдачи конвекцией,

  l -  линейныйразмер, характерный для системы,

            λ  - коэффициент теплопроводности газа,

           w – скорость движения газа в трубе,

           ν – кинематический коэффициент вязкости газа.

Обычно критериальные уравнения имеют вид степенной функции:

где c  и  n – коэффициенты, найденные экспериментально.

Частный вид критериального уравнения, определяющего процесс конвективного теплообмена, может быть определен моделированием. Чтобы полученные на модели результаты можно было использовать для расчета самого рекуператора, требуется соблюдение геометрического подобия модели и реального рекуператора и равенства критерия Рейнольдса.

Ход работы:

В ходе работы были измерены следующие параметры рекуператора: