Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 4
Текст из файла (страница 4)
− .hγ ;∆P = Pг − P0 = h( γ в − γ г )(2.3)где ∆P - избыток давления. т.к. γг < γв , то давление газа, вышеуровня пода печи будет больше чем снаружи, что может привести квыбиванию газа из рабочего пространства. Избыток давления особовелик около форсунок и горелок, где на поля статистических давленийнакладывается и давление, вызванное динамическим воздействиемпроходящих общих струй.2.2. Уравнение БернуллиПотери, которые возникают по пути движения газов подразделяются на полезные и бесполезные.К полезным потерям относятся: потери в теплоиспользующихаппаратах, в рабочем пространстве, в горелках и форсунках.Все остальные потери относятся к бесполезным.
Это потери натрение и на местные сопротивления.Все расчеты, связанные с движением газов, основаны на решении уравнения Бернулли.Z1γ + P1 + ϑ212 g ∗ γ = Z zγ + P2 + ϑ22 2 g ∗ γ + hпотhпот = hг + h(2.4)(2.5)hпот - потери на трение и на местное сопротивление.2hг = λ ∗ H d ∗ ϑ ср2 g ∗ γ ; hm = ξ ∗ ϑ2ср /2g ∗γ(2.6)где λ- коэффициент трения, зависящий от шероховатости итурбулентности потока (является функцией критерия Ренольца);d - диаметр;ϑср - средняя скорость потока;ξ- коэффициент местного сопротивления, зависящий от видаместного сопротивления.Определяется экспериментально и для расчетов приводится всправочной литературе.Обратные токи могут возникать в любом участке сопротивлениястенки канала (рисунок 11)Приложение закона Бернулли к решению задач, относящихся кработе печи (рисунок 12).Определить скорость ϑ2 истечения газа и расход его V через небольшое отверстие в рабочем пространстве печи, расположенного на24высоте Н от уровня пода.
Для того чтобы решить уравнение Бернулли,необходимо сделать следующие допущения:Рисунок 11 - Движение газов в воздуховодахРисунок 12 - Приложение закона Бернулли к решению задач,относящихся к работе печиУравнение Бернулли примет вид:P1 = Р2 + ϑ 22 / 2 g ∗ γ г + ξ ∗ ϑ22 2 g ∗ γ Г HγГ(2.7)Откудаγ = 1 / (1 + ξ ) ∗ 2 g ( P1 − P2 + Hγ Г )) / γ Г(2.8)На основании закона равновесия:P = P1 − Нγ25B(2.9)Обозначимϕ=1 /(1 + ξ ) и ∆P = H (γ B − γ Г )тогда окончательно:ϑ2 = ϕ ∗ (2 g∆P) / γ Г(2.10)где f - коэффициент скорости.Полученное выражение ϑ 2 справедливо, если нет постороннихвоздействий. Однако, в рабочем пространстве большое влияниеоказывает динамическое воздействие струей, выходящей из форсуноки горелок.
Тогда:(2.11)∆P = H ∗ (γ B − γ Г ) + Pдиндинамическоедавление,где:Рдинэкспериментально. Расход газа выражается:определяемоеV = ϕ f стр 2 g ∗ ∆P / γ(2.12)где f стр - поперечное сечение струи при выходе. Отношениепоперечного сечения струи к поперечному сечению отверстия, изкоторого она выходит, называют коэффициентом сужения струиε = f стр / f отв , откуда f стр = ε ∗ f отр(2.13)где f отв -поперечное сечение отверстия (рисунок 13)Обозначив ϕ ∗ ε = µкоэффициентокончательное выражение для расхода газаV = µ ∗ 2 g ∆P/ γГРисунок 13 - Коэффициент сужения струи26расхода,получится(2.14)2.3 Движение газов в печахРассмотрим действия дымовой трубы (рисунок 14). Дымоваятруба предназначена для удаления продуктов горения в атмосферу.Определить разряжение, которое содержится в дымовой трубе науровне Z1.Разряжение, определяемое по уравнению Бернулли, при этомZ1 = 0, h = hГP1 + ϑ / 2 g ∗ γ Г = P2 + ϑ 22 / 2 gγ + Hγ Г + hГ .
(2.15)21Выразим через Р1P1 = P2 + (ϑ22 − ϑ 12) / 2 g ∗ γ + Hγ Г + λ ∗ H / d ∗∗ ϑ 22 / 2 g ∗ γ Г(2.16)На основании уравнения равновесия Рв = Р0 - Н*γв ;∆P = P0 − P1 = H ( γ в − γ∗ ϑ 202 / 2g ∗ γ ГГ) − ( ϑ 22 − ϑ 12 ) / 2 g ) ∗ γ − λ H / d ∗ (2.17)где ∆Р - превышение давления атмосферы на уровне; Z1,называется - разряжение, которое создается в дымовой трубе.Как видно из полученного выражения, разряжение будет тембольше, чем выше дымовая труба и чем меньше удельный веснагретого газа, т.е. больше gв - gг.Дымовая тяга подразделяется на естественную и искусственную.Естественная дымовая тяга создается дымовой трубой. Такая тягаобладает рядом недостатков:1) необходимость установки высокой дорогостоящей трубы;2) трудность создания достаточной тяги при растопке печи;3) следует считаться с атмосферными давлениями (зимой тягалучше чем летом, в дождевую погоду хуже чем в сухую);4) большой вынос тепла в атмосферу;Указанные недостатки заставляют применять искусственнуютягу, которая подразделяется на искусственную, косвенную и прямую(рисунок 15).При косвенной тяге дым засасывается струей воздуха.
Косвеннаятяга обладает следующими недостатками:1) большой расход электроэнергии;2) трудно использовать продукты горения для обогрева воздуха;3) на величину тяги оказывает влияние атмосферные явления.Исходя из этого косвенную тягу целесообразно применять лишь втом случае, если нет возможности построить дымовую трубу.27При прямой тяге дым засасывается дымососом. Дымосос прямойтяги с жароупорными лопатками выгоднее в эксплуатации косвеннойтяги. Однако, их стоимость высокая, а срок службы не более 5 лет.А)Б)А. Кирпичная дымовая труба: 1-фундамент; 2-заземление; 3-ствол; 4стяжные кольца; 5-токоотводящий кабель; 6-светофорная площадка; 7мониеприемник; 8-футеровка; 9-подводящий боровБ.
График для определения высоты Н дымовой трубы (∆h –разряжение).Рисунок 14 - Схема движения газов в дымовой трубеТемпература продуктов горения по высоте постепеннопонижается и вверху она ниже, чем у основания. Падение температурына 1м высоты кирпичных труб составляет ∆t = (1.0_1,5) 0C.Давление в печи регулируется шиберами различных конструкцийиз чугуна, устанавливаемых в борове без охлаждения до 700 0Cпродуктов горения, а при больших температурах - с водянымохлаждением.28Если температура поступающих продуктов горения резкоотличается от температуры рабочего пространства, то в отдельныхучастках печи создается большая разность температур.Рециркуляция заключается в том, что к поступающим продуктамгорения примешиваются отработанные в рабочей камере газы(рисунок 16).
Движение газов в печах может быть естественным ипринудительным. Первое происходит в результате действиягеометрического напора, второе - с помощью горелок, форсунок,вентиляторов, дымовых труб и т.д. от правильного выборанаправления и характера движения газовых потоков во многом зависитпроизводительность печи и качество нагрева.Продукты горения являются наиболее холодными и тяжелымигазами, которые необходимо удалять из рабочего пространства печи.Эти газы всегда стремятся опуститься вниз на под печи. Поэтомудымовые каналы для их удаления следует располагать на уровне подапечи. Если это правило не соблюдено и дымовые каналы расположеныв своде или боковых стенках, то через них будет выходить болеегорячие газы (рисунок 17).Кроме того, при таком расположении дымовых каналов труднообеспечить нулевое или положительное давление на поду печи.
Приотрицательном давлении на поду через неплотности в заслонках иликладке печи может проникать холодный воздух, который подстуживаяи окисляя нагреваемый металл, способствует появлению брака.Рабочее пространство камерных кузнечных печей выполненное спрофилем, при котором газы имеют подковообразную формудвижения, обеспечивает выход продуктов горения в дымовые каналы(см. рисунок 9) При этом обеспечивается равномерное распределениетемператур в объеме рабочего пространства.Газы в методических печах движутся с помощью горелок илифорсунок и под действием разряжения, создаваемого дымовой трубой.На поду по всей длине печи поддерживается нулевое давление. Всварочной зоне движение газов зависит от высоты расположениягорелок над подом (рисунок 18). Низкое расположение горелок(форсунок) способствует пережогу металла или появлению трещин наего поверхности вследствие удара пламени о металл.
Высокоерасположение - повышению разряжения на поду печи и подсосухолодного воздуха в печь, а следовательно, чрезмерному подстуживанию нагретых заготовок.29Рисунок 15 - Искусственная тяга: а) косвенная; б) прямаяРисунок 16 Рециркуляциягазов в печи30Рисунок 17 – схема движения газов в камерной печи при различномспособе их удаления: через свод; б) через боковую стенку; в) черезпод.Рисунок 18 - Характер движения газов в модели методической печи: а)с нормальным расположением горелок; б) с высоким расположениемгорелок; в) разряжение по поду печи.31КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1. Каков физический смысл уравнений Бернулли?2. Что такое ламинарное и турбулентное движение газов илижидкостей?3.
Уравнение для определения потерь напора на трение придвижении газов.4.Каковы принципы работы центробежных и осевыхвентиляторов?5. Как производится выбор вентиляторов?6. Назначение дымовых труб.7. Как определить высоту дымовой трубы?8. Назначение шиберов.9.
Расположение дымовых каналов в печах.ГЛАВА 3 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ПЕЧАХ И ЗАГОТОВКАХПри нагреве заготовок под ковку и штамповку, в процессепластического формоизменения нагретого металла штампами,имеющими более низкую температуру, при охлаждении поковок и ихтермической обработке происходят сложные процессы переносатеплоты.Эти процессы по своей физической природе весьма многообразны.Перенос теплоты может осуществляться тремя способами:теплопроводностью, конвекцией и излучением или радиацией. Каждаяиз этих форм теплообмена имеет свою природу и характеризуетсяразличными законами.ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ представляет собой молекулярныйпроцесс передачи теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой за счетколебательных движений атомов и движения свободных электронов.Кузнечные заготовки и поковки нагреваются теми или инымиспособами (кроме электрических) с поверхности; глубинные же слоиметалла нагреваются теплопроводностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
