Расчет горения газообразного топлива (сухой природный газ из газопровода Шибелинка–Харьков). Определение конструктивных размеров рабочего пространства печи, страница 2

3 Расчет передачи теплоты на поверхность нагреваемого  материала

Считаем, что теплота на поверхность металла будет передаваться путем излучения. Тогда плотность теплового потока может быть рассчитана по следующей формуле:

.

Входящий в эту формулу приведенный коэффициент излучения С_ПР определяется как:

, где      С_О – коэффициент излучения абсолютно черного тела, С_О=5,67;

 – степень черноты системы,

,

где      e_М – степень черноты металла, принимаем e_М =0,8;

e_Г – степень черноты газа,

,

,  - степени черноты углекислого газа и водяных паров соответственно, принимаем по рисунку 9 [2].

 - поправка на совместное излучение СО₂ и Н₂О, принимаем по рисунку 9 [2].

Произведение парциального давления излучающих газов на эффективную толщину излучающего слоя для СО₂:

 кПа×м, где       кПа – парциальное давление углекислого газа;

Р_РП – давление в рабочем пространстве, принимаем Р_РП=101 кПа.

Произведение парциального давления излучающих газов на эффективную толщину излучающего слоя для Н₂О:

  кПа×м, где       кПа – парциальное давление паров воды;

Результаты расчета e_Г,  и С_ПР представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Результаты расчета e_Г,  и С_ПР

Величины	Температура, оС
	600	800	1000	1200
	0,36	0,15	0,13	0,11
	1,12	0,30	0,22	0,17
	0,57	1,12	1,12	1,12
eГ	0,71	0,49	0,38	0,30
	4,03	0,66	0,58	0,51
СПР	0,17	3,77	3,31	2,90

4 Теплофизические свойства нагреваемой стали

Теплофизические свойства для нагреваемого материала – Cт.3, принимаем по [3] как для обычной углеродистой стали и сведем их в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 Теплофизические свойства стали Cт.3

Параметр	Температура, оС
	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
l, Вт/(м2×°С)	55,6	52,6	48,6	45,0	40,8	37,1	34,2	30,2	27,4	27,8
Ср, кДж/(кг×К)	0,486	0,506	0,524	0,540	0,562	0,591	0,620	0,695	0,695	0,692
а, м2/ч ×102	5,2	4,6	4,2	3,5	2,9	2,3	1,7	1,6	2,0	2,0

5 Расчет температурных режимов печи

Считаем, что в методической зоне заготовки будут нагреваться с ограниченной скоростью с целью предотвращения больших температурных напряжений. Зададимся температурой газов, уходящих из методической зоны, t_ух=600°С.

Тогда плотность теплового потока на поверхности нагреваемых заготовок в начале методической зоны будет определяться по формуле:

.

 Вт/м².

Допустимая разность температур:

, где       – допустимое напряжение, принимаем по [3] =300 МПа/м²;

b – коэффициент линейного расширения, принимаем по [3] b  = 11,5×10^-6 1/°С;

E – модуль упругости, принимаем по [3] Е=22×10⁴ МПа/м².

°С.

Разность температур между поверхностью и центром заготовок составит:

, где       - коэффициент теплопередачи материала заготовки при 20°С, Вт/( м²×°С);

S – характерный прогреваемый размер, м,

,

 - коэффициент, зависящий от соотношения , принимаем =0,5.

 м.

 °С.

Разность температур между поверхностью  и центром меньше допустимой разности температур , поэтому окончательно принимаем t_ух=600°С.

Считаем, что температура печи в конце методической зоны, равная температуре сварочной зоны t_п.мет3=t_св, будет превышать конечную температуру нагрева металла на 80°С:

t_п.мет3=t_св=1000+80 =1080°С.

Плотность теплового потока на поверхности заготовок в конце томильной зоны: