Ксенфонтов_Лабораторный практикум_РИКНУ (831910), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

1.2, включающую в себя восемь граф, длязаписи времени замера и значений температуры в семи точках печи; лист миллиметровой бумаги для построения графиков t = f(τ).Масштаб времени – 1 мин/мм (0…300 мин), масштаб температуры –2 °С/мм (0 – 350 °C).Таблица 1.2τ, минt1, °Ct2, °Ct3, °Ct4, °Ct5, °Ct6, °Ct7, °CУстановить положение терморегулятора на 200 °С и, не включая вентилятор, включить печь.С момента включения печи каждые 5 мин замерять температуру во всех семи точках в течение 60 мин.

Одновременно с записьюпоказаний приборов построить в журнале наблюдений кривую нагрева.Включить вентилятор, не изменяя положения терморегулятора.Проводить замеры температуры до тех пор, пока значения температуры во всех точках загрузки не станут примерно одинаковыми (tmax – tmin ≤ 5 °С).Установить положение терморегулятора на 350 °С, не выключая вентилятор, и продолжать замеры температуры еще в течение60 мин.t tПо кривым нагрева найти среднюю скорость нагрева к н инагрмаксимальные перепады температур при нагреве с естественной иискусственной циркуляцией воздуха.3.2. Расчетная частьОпределить тепловой поток, передаваемый нагреваемой садкеестественной конвекцией в момент перед включением вентилятора(через 60 мин после начала нагрева):11 по формуле (1.4) определить число Грасгофа (за характерныйразмер принимается высота образца); по формуле (1.8) определить число Прандтля; определить произведение Gr·Рr и выбрать для расчета числаНуссельта формулу (1.14) или (1.15); по выбранной формуле определить число Нуссельта; исходя из формулы (1.3), определить коэффициент теплоотдачи конвекцией в Вт/(м2·K)к Nu  с;l(1.33) по формуле (1.1) определить тепловой поток Qк.Определить тепловой поток, передаваемый нагреваемой садкевынужденной конвекцией в момент окончания эксперимента: по формуле (1.32) определить эквивалентный диаметр загрузки; по формуле (1.6) определить число Рейнольдса (скоростьсреды – см.

разд. 5); по формуле (1.8) определить число Прандтля; по формуле (1.31) определить число Нуссельта; определить коэффициент αк и тепловой поток Qк по формулам (1.1), (1.33).Определить удельный тепловой поток (плотность тепловогопотока) Qк/F, отдаваемый наружной стенкой печи в окружающеепространство, при температуре внутри печи 200 °С (после окончания нагрева при вынужденной конвекции): по формуле (1.4) определить число Грасгофа (высота стенкипечи h = 440 мм); определить число Прандтля и число Нуссельта, а также коэффициент αк по формулам (1.8), (1.14), (1.33); определить удельный тепловой поток в Вт/м2, излучаемыйстенкой печи:Qк  к (tст  tс ).F(1.34)4. Отчет о работеВ отчете о работе должны быть представлены схема экспериментальной установки, таблица замеров, график зависимости температуры от времени в семи точках печи, а также расчеты следующих величин:12 средней скорости нагрева при естественной и вынужденнойконвекции; максимальных перепадов температур при естественной и вынужденной конвекции; теплового потока при естественной конвекции и температуре200 °С; теплового потока при вынужденной конвекции и температуре350 °С; удельного теплового потока, отдаваемого стенкой печи.5.

Справочные данные1. Ускорение свободного падения g = 9,8 м/c2.2. Скорость среды ω = 2,5 м/с.3. Температурный коэффициент объемного расширения воздуха β = 3,6728·103 1/K.4. Кинематическая вязкость ν, температуропроводность aср итеплопроводность λср воздуха (табл. 1.3).Таблица 1.3t, °Cν·106, м2/сaср·106, м2/сPrλср·103, Вт/(м·К)013,318,80,70724,410023,033,60,68432,120034,851,10,68139,330048,271,40,67546,140063,093,10,67752,16.

Контрольные вопросы1. Чем отличаются низкотемпературные печи от средне- и высокотемпературных печей с точки зрения теплопередачи?2. Какова температурная область применения низкотемпературных печей?3. Для каких процессов термообработки применяются низкотемпературные печи?4. Как определить тепловой поток, передаваемый конвекцией?135.

Какие виды конвекции существуют?6. Чем обусловлена естественная конвекция?7. Как создается вынужденная конвекция?8. Как определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией?9. От каких параметров зависит коэффициент αк при естественной конвекции?10. От каких параметров зависит коэффициент αк при вынужденной конвекции?11.

Расшифруйте марку печи, на которой проводятся эксперименты.12. Какая величина в расчетах принимается за определяющийразмер?13. В каком случае и почему средняя скорость нагрева садкивыше?14. В каком случае и почему максимальный перепад температурбольше?15. В каком случае и почему тепловой поток больше?16. Чем отличается тепловой поток от удельного теплового потока?14РАБОТА № 2. РАСЧЕТ НАГРЕВА ШАХТНОЙЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯПродолжительность работы – 4 чЦель работы – изучить методику расчета температурного состояния шахтной электрической печи сопротивления СШОЛ1.1,6/12-М3 в процессе нагрева с помощью расчетного программного комплекса.1.

Теоретическая частьОсновной задачей теории теплопроводности является установление распределения температур внутри тела. Если распределениетемператур не зависит от времени, то задача теплопроводности является стационарной, а если зависит, то задача теплопроводностистановится нестационарной [1–6].Передача теплоты происходит во всех случаях, когда в теле существует температурный градиент. По закону Фурье, который лежит в основе всех расчетов теплопроводности, для изотропных материалов вектор теплового потока q пропорционален температурному градиенту T :q  T ,(2.1)где q – количество теплоты, проходящей через единичную площадьповерхности, перпендикулярную к направлению теплового потока;λ – теплопроводность.Полагая в уравнении энергетического баланса V = 0, получаемcV ( T t )  (q ),(2.2)15где  – плотность твердого тела; cV – удельная теплоемкость припостоянном объеме.Уравнение (2.2) представляет собой уравнение теплопроводности для изотропного твердого тела.Если внутри изотропного тела имеется источник теплоты, то егоналичие учитывается в уравнении (2.2) следующим образом:T t  a 2T  G cV ,(2.3)где a   c p – температуропроводность (замена величины cVвеличиной c p возможна для несжимаемых твердых тел); 2T   2T x 2   2T y 2   2T z 2 ;(2.4) 2 – оператор Лапласа в прямоугольной системе координат; G –интенсивность внутренних тепловыделений, отнесенная к единицеобъема.Примерами внутренних тепловыделений являются поглощениеинфракрасного излучения в полупрозрачных средах, экзотермический эффект химических реакций и т.

п.Теплопередачу в непрерывно действующих нагревательныхсистемах перерабатывающего оборудования можно рассматриватькак независящую от времени. Следовательно, распределение температур носит установившийся характер и определяется интегрированием дифференциального уравненияa 2T  G cV  0 .(2.5)В большинстве случаев в реальных процессах термообработкиприходится иметь дело с нестационарным режимом теплопроводности. Теоретические исследования процесса нестационарной теплопроводности представляют собой обширный раздел математическойфизики. Решения, получаемые в результате интегрирования уравнения (2.5), представляют собой функции времени и пространственных координат, удовлетворяющие начальным и граничным условиям.

Различают четыре рода граничных условий.16Граничные условия первого рода. Задано распределениетемператур на поверхности, которое может быть либо постоянным, либо непостоянным и зависеть от времени. В простейшемслучае, если положение границ определяется одним числом (например, расстоянием L), граничные условия математически определяются выражением видаT (t , L)  T (L).(2.6)Граничные условия второго рода. Задана плотность теплового потока qп для каждой точки поверхности тела как функциявремени:qп  f (t ).(2.7)Граничные условия третьего рода. Задан коэффициент теплообмена, а на границе дополнительно задана и температура контактирующей с граничной поверхностью среды:a T (t , L)  Tc     T (t , L)/n  ,(2.8)где T , Tc – температуры тела и среды;  – теплопроводность материала.Граничные условия четвертого рода.

Теплообмен тела с окружающей средой протекает по закону теплопроводности или теплообмен системы тел, находящихся в тепловом контакте, протекает при одинаковых температурах соприкасающихся поверхностей:Tп (t )  Tc (t );(2.9)  T/n п    T/n с ,(2.10)где индекс «п» относится к поверхности, индекс «с» – к окружающей среде.Аналитическая теория нестационарной теплопроводностирасполагает большим набором решений одномерных задач, ккоторым принято сводить все многообразие задач, встречающихся в инженерной практике. В настоящее время получены17аналитические решения для теплопроводности в плоской стенке, цилиндре и сфере.В электрических печах конвективная теплопередача играетсущественную роль, особенно при низких температурах. Теплоотдача от наружных поверхностей печи к окружающему воздуху, атакже от раскаленных стен и нагревателей внутри печи к нагреваемым изделиям или материалам почти во всех случаях будетосуществляться и конвекцией, и излучением, поэтому их раздельное изучение затруднительно.

При высоких температурах участиеконвекции в теплопередаче мало, поэтому она представляет интерес лишь для низкотемпературных печей и печей с искусственнымперемешиванием рабочей среды. Для последних, особенно для печей с внешними калориферами, конвекция является основнымспособом теплопередачи. Таким образом, естественная конвекциядолжна учитываться при расчете теплоотдачи внешних поверхностей печей. При расчете теплоотдачи внутренних поверхностейвысоко- и среднетемпературных печей, как правило, имеет значение лишь вынужденная конвекция.При расчете теплоотдачи конвекцией для определения теплового потока Qк между твердым телом и газом или жидкостью можноиспользовать весьма простое выражение, аналогичное закону Ньютона:Qк   к (tст  tс )Fст ,(2.11)где αк – коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к газу(или наоборот); tст и tс – температуры стенки и среды; Fст – площадь поверхности омываемой газом стенки.Однако простота выражения (2.11) кажущаяся, так как коэффициент теплоотдачи конвекцией, в свою очередь, зависит от многихфакторов: температур стенки и омывающей ее среды; скорости, теплопроводности, вязкости, плотности и теплоемкости среды; конфигурации и состояния поверхности стенки; геометрических размеровстенки.Связь коэффициента теплоотдачи αк с условиями теплообменаобнаруживается при анализе этих условий на границе тела, на которой через ламинарный пограничный слой теплота передается лишьпутем теплопроводности.

Характеристики

Список файлов книги