Расчет камерной пламенной печи с неподвижным подом

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 

УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 (ДГТУ)

Кафедра «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы».

 

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ  

Зав. Кафедрой Сидоренко В.А.   

«          »                                 2012 г

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

К курсовому проекту (работе) по «Перенос энергии и массы, основы теплотехники и аэрогидродинамики                                                                                                                 .

                                                                      (наименование учебной дисциплины)

на тему: «Расчет камерной пламенной печи с неподвижным подом»                              .                       

Автор проекта (работы)  Лукьянец Д. С.                                                                               .                                    

Специальность  Материаловедение в машиностроении                                                      .                                                                           

Обозначение курсового проекта (работы)                                       Группа НММ31            

Руководитель  проекта                                         Фридрих Р.А.                   .                                                              

(подпись)                     (Ф.И.О.)

Проект (работа) защищён (а)                                            

                    (дата)                    (оценка)

Члены комиссии                                                     

(подпись)                        (Ф.И.О.)

                                  

(подпись)                        (Ф.И.О.)

                                  

(подпись)                        (Ф.И.О.)

 

 

 

 

Ростов – на – Дону

2012

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 

УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 (ДГТУ)

Кафедра «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы».

 

УТВЕРЖДАЮ  

Зав. Кафедрой  Сидоренко В. А  .

«          »                                 2012 г

 

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу)

 

Студент  Лукьянец Д. С.Код       104250                      Группа НММ31       

(фамилия, инициалы)                (последние цифры зачётки)

Тема «Расчет камерной пламенной печи с неподвижным подом» .__________________________

Срок предоставления проекта к защите  «              »                                                 2012 г.

Исходные данные для проектирования (научного исследования):

Топливо-Краснодарское месторождение ; состав газа-СН4 =97,8%, С2Н6=0,4%, С4Н10%,СО2=0,2%,N2=1,3%; низшая теплота сграния Q_n^p=35,7 МДж/м³; Коэффицент избытка воздуха=1,05: Площадь поверхности пода F_под= 6,0; Площадь поверхности кладки F_кл=36,0 м²; Напряженность пода P=0,025 кг/(м²с); Материал изделия- сталь 30: Температура верхней критической точки, t_кр=813⁰С

1. Содержание пояснительной записки курсовой работы:

  Общие сведения  о видах и способах обработки металлов, информация о некоторых видах термопечей, их классификации, произведен расчет: процесса горения топлива, расхода топлива на основе теплового баланса печи  .

2.Перечень графического материала: Диаграммы, обьемного соотношения           _                  компонентов, продуктов сгорания топлива и их энтальпий, приход и расход тепла.  
(1 лист формата А1)                                                                                                                   .                                                                                                                                                                                                                                                                              

Руководитель проекта                                  Фридрих Р.А.  

подпись, дата                (фамилия, инициалы)

Задание принял к исполнению                             Лукьянец Д. С. 

подпись, дата                (фамилия, инициалы)

 

                                               

 

                                             Содержание

 

Введение………………………………………………………………..1

1 Обзорная часть

1.1 Влияние термообработки на  материал…………………………...2

1.2 Теоретические основы нестационарных процессов нагрева и охлаждения……………………………………………………………..5

1.3 Камерные печи……………………………………………………..7

2 Расчет процесса горения топлива………………………………….10

3 Тепловой баланс печи………………………………………………13

Вывод…………………………………………………………………..24

Список используемой литературы……………………………….......23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                      Введение

 

 

            Термическую обработку металлов применяют для изменения структуры материала, а следовательно и их свойств. Так стали с разным содержанием углерода, могут иметь одинаковые свойства, например, сталь с содержанием 0,5% углерода может иметь одинаковую твердость со сталью с содержанием 1% углерода. Это связано с тем, что при термообработке стали с содержанием углерода 0,5% начнет падать дисперсность структуры, твердость будет уменьшаться за счёт укрупнения зерен цементита. Таким образом, при термической обработке метала можно существенно менять структуру и свойства материала в заданных направлениях. Термообработка достаточно широко применяется в разных отраслях промышленности, таких как приборостроение, электротехника, радиотехника, так как с помощью таких технологических операций, как: отжиг, закалка, старение, изменяют целый ряд свойств таких как: механические, электрические, магнитные и многие другие свойства металлов и сплавов.

На производственных предприятиях термообработку производят в промышленных камерных печах. Камерные печи –есть печи с неподвижным подом, относительно самой печи в период нагрева данного материала. Конструкции данных печей весьма разнообразны и какую именно печь   будут использовать, будет зависеть непосредственно от заготовок и слитков. Специализированная на термической обработке печь должна обеспечивать заданный технологией температурно-временной режим обработки изделия и высокую равномерность нагрева изделия. Термообработка является самым распространенным в промышленности способом обработки материала, благодаря своей простоте и дешевизне оборудования, на котором можно проводить сложнейшие технологические операции. Однако, для проведение данных операций необходим также высококвалифицированный персонал который способен проводить расчет, проектирование и моделирование данных процессов, а также быть осведомленными в вопросах энергетики теплотехнологий. В данной работе будет представлен теоретический расчет процесса горения топлива для камерной печи с неподвижным подом, теория термической обработки материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Обзорная часть

 

                   1.1 Влияние термообработки на материал.

 

                    Термической обработкой называют технологические, процессы теплового воздействия, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава. Любой процесс термической обработки может быть описан графиком в координатах температура - время (рис. 1).

 

        

 

Рис. 1. График термической обработки

Термическая обработка изменяет в  нужном направлении прочностные, пластические и другие свойства материала изделий. При медленном нагреве от комнатной температуры до 727°С в сплаве I фазовых изменений не происходит (рис. 2). При температуре 727°С перлит превращается в аустенит (точка а). Точку а на диаграмме называют нижней критической точкой и обозначают Ac1 (при охлаждении – Аг1). Буквы с и г указывают на то, что превращение происходит соответственно при нагреве или охлаждении стали, а индекс единица внизу этих букв - на точки, образующие линию PSK. При дальнейшем нагреве сплава I зерна феррита растворяются в аустените.Растворение аустенита заканчивается в точке а, (линия GS), которую называют верхней критической точкой и обозначают при нагреве Ас3 , охлаждении Аг3. В точке b1, лежащей на линии SE, процесс растворения заканчивается. Эту точку обозначают Аcm. Таким образом, на диаграмме железо-цементит критические точки, образующие линию PSK, обозначают Ас1 (при нагреве) и Аг1 (при охлаждении), точки по линии GS - Ac3 и Аг3 , по линии SE - Аcm. Знание критических точек облегчает изучение процессов термической обработки сталей.

 

                        

 

Рис. 2. «Стальной» участок диаграммы состояния железо-цементит:

I - доэвтектоидная сталь.

Превращения в стали при нагреве. Нагрев стали при термической  обработке используют для получения  аустенита. Структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до критической точки Ас1 состоит из зерен перлита и феррита. В точке Ac1 происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве от точки Ac1 до Ас3 избыточный феррит растворяется в аустените и в точке Ас3 (линия GS) превращения заканчиваются. Выше точки Ас3 структура стали состоит из аустенита.

Для выравнивания химического состава  и получения однородного аустенита  доэвтектоидную сталь нагревают немного выше верхней критической точки Ас3 и выдерживают некоторое время при этой температуре для завершения диффузионных процессов. Подготовленную структуру стали рассматривают в микроскоп при 100х увеличении, видимые под микроскопом зерна сравнивают с эталонными, предусмотренными стандартной шкалой размеров зерна (рис. 3). Зерна от № 1 до № 4 считают крупными, а с № 5 - мелкими.

              

 

Рис. 3. Шкала для определения размера зерен:

1-10 – номера зерен при 100х  увеличении

Превращения в стали при охлаждении. Аустенит является устойчивым только при температуре выше 727°С (точка Ar1). При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния (ниже точки Ar1), аустенит становится неустойчивым - начинается его превращение. Такое превращение может начаться только лишь при некотором переохлаждении аустенита.

 

 

 

 

 

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                     1.2.Теоретические основы нестационарных процессов нагрева и охлаждения.

 

                      Процесс передачи теплоты в которых температурное поле и поле тепловых потоков изменяется во времени называется нестационарным. При прогреве заготовки в печи или её закалке и охлаждения достижения заданной температуры за определенный период времени имеет решающее значение, от этого зависит структура получившегося изделия, то есть свойства отслеживания стадии термообработки в режиме реального времени практически невозможен, поэтому искомые температуры и время получены путем решения нестационарного дифиринциального уравнения теплопроводности Фурье.

                                                          

 Для решения этого уравнения, его интегрирования необходимо задавать начальные условия, определяющие температурное поле в начальный период и граничные условия определяющие температуру или законы теплообмена, на границе тела.

I Задана температура на поверхности тела.

II Задана плотность теплового потока на поверхности тела.

III Поверхность обменивается теплотой  со средой известной температуры по закону Ньютона-Рихмана

IV Рассматриваемое тело находиться в плотном контакте с другим телом.

 Рассмотрим пример аналитического  решения для случая охлаждения  бесконечной пластины в среде  с постоянной температуре   и при постоянном коэффициенте теплоотдачи  решение представим через безразмерные величины.

 

                           

 

 

Q-безразмерная температура

Т-текущая температура

Т₀-начальная температура

M_n-корень характеристики уравнения

                                                                

Х- безразмерная координата

 

 Рис.4. Охлаждение бесконечной  пластины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   1.3 Камерные печи

 

                    Для нагрева мелких и средних деталей в термических цехах при индивидуальном и серийном производстве применяют камерные печи, работающие на жидком и газообразном топливе а также с применением электроэнергии. Для печей жидкое топливо используют ограниченно, так как оно имеет большую вязкость.  В настоящее время на заводах печи работают на газообразном топливе. Жидкое топливо используется только при отсутствии газообразного топлива.