Расчёт холодильной установки

 Поскольку теплоёмкости реальных газов, к которым относятся и продукты сгорания топлива, существенно зависят от температуры , то в балансовое уравнение топочного объёма входят две взаимосвязанные искомые величины: и . Поэтому поиск необходимо проверить методом последовательных приближений.

 

 По формуле  [1.2] в 1-м приближении:

^оС

Принимаем t_k =1896 ^оС.

Для определения  действительной температуры в сварочной  зоне печи необходимо воспользоваться  пирометрическим коэффициентом.

Тогда 

;     

где

[1,стр.6];

 

^оС – действительная температура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продукты сгорания, м3	VП.С.	____								238,6315	100	265,8306	100
	N2	125,5056 + 45,825 = 171,3315								171,3315	71,8	188,4646	70,9
	O2								0,2	0,2	0,08	3,556	1,34
	H2O	____		16,4	11,7	0,95	0,325			29,375	12,31	32,3125	12,15
	CO2	8,225	22,7		5,85	0,95				37,725	15,81	41,4975	15,61
Воздух, м3	VВ	33,3625 + 125,5065 = 158,869								158,869	100	174,756		100
	N2	33,3625·79/21=125,5065								125,5056	79	138,057		79
	O2	_____	11,35	8,4	11,7	1,425	0,4875			33,3625	21	36,699		21
Реакция горения		________________	CO + 0,5·O2 = CO2	H2 + 0,5·O2 = H2O	CH4 + 2·O2 = CO2 + 2·H2O	C 2H4 + 3·O2 = 2·CO2 + 2·H2O	H2S + 1,5·O2 = H2O + SO2	________________	________________
Топливо	Объём компонента в 100 м3 топлива, м3	8,225	22,7	16,4	5,85	0,475	0,325	45,825	0,2
	Содержание компонента в газе или смеси газов	8,225	22,7	16,4	5,85	0,475	0,325	45,825	0,2
										W	%	W		%
	Компо- нент горения	CO2	CO	N2	CH4	C2H4	H2S	N2	O2	α=1		α=1,1

2. Определение  времени нагрева металла и  основных

 размеров  печи.

Общее время, пребывая металла  в печи складывается из отрезков времени, которые определяются для отдельных  участков печи. Расчет времени нагрева  на каждом участке печи выполняется  с учетом специфических особенностей этого участка. Большинство распространенных методов расчета времени нагрева металла выполняется при граничных условиях третьего рода, т. е. когда температура по длине печи неизменна. Поэтому в тех случаях, когда температура в пределах какого-либо участка печи переменна, приходится ее усреднять и по средней температуре, считая ее постоянной, вести расчет.

Зададимся температурным  графиком процесса нагрева [Приложение 1], изображающим изменение действительных температур печного пространства и поверхности нагреваемого материала по длине печи.

Методическую  зону разделим условно на три участка (I,II,III) и о средним температуру печи в пределах каждого из них. При этом температуру отходящих газов принимаем равной ^оС (по условию), температура в сварочной зоне равна ^оС, температура в томильной зоне – на величину выше температуры нагрева материала, т.е. равна

                            

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев материала до состояния  пластинчатости, температура центра металла при переходе из методической зоны в сварочную зону должна быть порядка 500 ^оС.

 

2.1 Предварительное  определение основных размеров  печи.

 

Площадь пода печи определяется по формуле:

                   ;                              [2.1]

Для однорядного  варианта расположения заготовок ширина и длинна печи равны:

                                                                 [2.2]

                                                                                    [2.3]

где - зазор между заготовками и стенами печи [1,стр.9];

       - длина заготовки;  (по условию)

По конструктивным соображениям высота печи принимается:

• в томильной зоне - [1,стр.9];
• в сварочной зоне -  [1,стр.9];
• в конце методической - [1,стр.9];

Средняя высота методической зоны будет равна:

                     [2.4]             

2.2 Определение  степени развития кладки.

 

Определять степень развития кладки необходимо для вычисления приведённого коэффициента излучение газов и кладки на металл:

                          ;                                               [2.5]

где  - суммарная внутренняя площадь поверхности и свода зоны печи, м²

 

- площадь поверхности материала воспринимающего тепловое излучение, м²

Иначе можно записать (для однорядного  варианта расположения заготовок):

                        ;                 [2.6] 
где - высота зоны, м

Для методической зоны подставляется её средняя высота . Величина определяется для каждой из рассматриваемых зон:

1) В методической  зоне:

2) В сварочной  зоне:

3) В томильной  зоне:

 

2.3 Определение  эффективности толщины газового  слоя -

.

 

Значение  , является усредненной характеристикой длины пути тепловых лучей, поступающих из газового объема на твердую ограждающую поверхность. Влияние этого геометрического параметра на радиационный тепловой поток из газового объема учитывается при выборе соответствующих расчетных значений степени черноты отдельных, активно излучающих компонентов газовой смеси.

Для расчета пользуются формулой Невского-Порта: 
                                                         [2.7]

где Н — высота зоны (для методической - );

В - ширина зоны. [см. 2.2]

Расчет  ведется для каждой из рассматриваемых зон: , , ;

1. Для методической зоны:

 

 

 

2)  Для сварочной  зоны:

 

 

3. Для томильной зоны:

 

 

2.4 Определение  времени нагрева металла в  методической  зоне

 

Расчет проводится для каждого из трех участков методической зоны.

Степень черноты  газов:

где

- степени черноты углекислого газа и водяных паров, соответственно; определяется по номограммам [    ] в зависимости от температуры газа и произведения ,где - парциальное давление компонента газовой2 смеси ( и ).

- поправочный коэффициент на  отклонение от закона аддитивности, определяется по графику [    ].

Парциальное давление компонентов газовой смеси можно рассчитать через их объёмные доли:

;                ;

где

- барометрическое давление в соответствующей зоне печи при соответствующей температуре (или средней температуре зоны)

Степень черноты газов

Таблица 2.

№ участков	, оС
I	920	0,136	0,158	0,305	1,07
II	1120	0,127	0,132	0,268
III	1321	0,114	0,111	0,233

 

 

Приведённый коэффициент  излучения в системе газ –  кладка – материал определяется для  каждого участка методической зоны по формуле:

где - степень черноты металла;

- коэффициент лучеиспускания  абсолютно чёрного тела.[      ]

     

  I участок.

  II участок.

  III участок.

Средний по длине  участка методической зоны коэффициент  теплоотдачи излучением определяется:

где

и - соответственно температуры поверхности металла в конце и начале i-того участка методической зоны, K.

  - средняя по длине i-того участка методической зоны температура газов, K.

 

I участок.

II участок.

III участок.

В технике для градации условий нагрева, связанных с  понятием термически тонких и массивных тел, служит численное значение безразмерного коэффициента теплоотдачи – критерий Био:

;

где

- характерный размер при двухстороннем нагреве материала.

 

где

- толщина изделия (по условию).

- коэффициент теплопроводности  материала, определяется для средней  температуры рассматриваемого участка  методической зоны.

Таким образом, для определения времени нагрева  материала необходимо в начале определить значение

.

 Таблица  3

Получение теплопроводности и температуропроводности

№ участков	Средняя температура  материала		Ст. 40
	оC	T
I	292,5	565,5	45,78	1,146×10-5
II	700	973	30,005	0,648×10-5
III	955	1228	26,13	0,528×10-5

Если 

, то для решения задачи нагрева заготовки целесообразно воспользоваться расчётом в условиях нестационарной теплопроводности с граничными условиями третьего рода.

Определяем  температурный критерий для поверхности  материала:

где

- средняя температура газов в i-том участке методической зоны.

- текущая и начальная  температуры нагреваемого тела на i-том участке методической зоны.

По номограмме [    ] для поверхности пластины по значениям 

и определяем критерий Фурье – F₀.

I участок.      

     II участок.      

     III участок.      

Определяем  коэффициент температуропроводности металла 

по формуле:

(данные заносим в Таблицу  3.)