Ксенфонтов_Лабораторный практикум_РИКНУ (831910), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

рис. 1.1) включает в себяпечь СШОЛ-1.1,6/12-М3 с различными деталями и сборочнымиединицами (кожух, футеровка, керамический муфель, нагреватель,вентилятор, электродвигатель, крышка, садка и др.). Геометрическая модель каждой из деталей должна быть в отдельном файле.Создание файла сборки. Файл сборки объединяет ранее созданные модели в единый узел (агрегат).

Сначала создается новыйфайл сборки в программе численного моделирования (например,Inventor). Этот файл характеризуется наличием трехмерного рабочего пространства, в котором будут располагаться модели всехэлементов (деталей) модели печи СШОЛ-1.1,6/12-М3. После этогонеобходимо с помощью команды «Вставить компонент» вставитьмодели всех деталей в файл сборки, указывая местонахождениекаждого из файлов деталей на жестком диске компьютера.Чтобы правильно расположить модели деталей печи относительно друг друга, помещенных в трехмерное рабочее пространство сборки, над ними необходимо выполнить несколько операцийперемещения или вращения для их сопряжения по общим плоскостям или осям вращения. Для этого в программе трехмерного моделирования имеются соответствующие команды: «Перенестикомпонент», «Повернуть компонент».

При создании корректноймодели сборки печи может потребоваться наложение на моделидеталей зависимостей, ограничивающих перемещение одних деталей относительно других.В режиме создания файла сборки доступна функция наложениязависимостей на детали – «Зависимости». Зависимости подразделяются на статические, динамические и управляющие. Статиче24ские зависимости позволяют совмещать детали, располагать ихпод углом и касательно, а также вставлять одну деталь в другую;динамические зависимости необходимы для правильного размещения зубчатых колес относительно друг друга или определенияреечной передачи; управляющие зависимости позволяют создаватьзависимости привязки.Для создания файла сборки модели печи СШОЛ-1.1,6/12-М3достаточно ограничиться статическими привязками, причем дляпостроения модели необходимо лишить детали всех степеней свободы. Процесс создания трехмерной модели печи, т. е. сборки,включает в себя следующие операции.1.

Создание нового файла сборки.2. Вставка в рабочее пространство файла сборки первой детали –корпуса печи.3. Вставка в рабочее пространство файла сборки всех остальных деталей печи.4. Перемещение и вращение деталей в рабочем пространствефайла сборки.5. Наложение необходимых зависимостей на модели деталейпечи.6.

Сохранение файла законченной сборки печи СШОЛ-1.1,6/12-М3на жестком диске компьютера.В результате создания трехмерной компьютерной модели печи должен быть создан файл сборки модели печи на жесткомдиске компьютера.2.2. Подготовка исходных данных для расчетовРасчеты проводятся для четырех случаев: случай I – нагрев печи без садки при естественной конвекцииво внутреннем пространстве печи; случай II – нагрев печи вместе с садкой при естественнойконвекции во внутреннем пространстве печи; случай III – нагрев печи без садки при вынужденной конвекции во внутреннем пространстве печи; случай IV – нагрев печи вместе с садкой при вынужденнойконвекции во внутреннем пространстве печи.Начальные и граничные условия для всех четырех случаевпринимаем одинаковыми:25 начальные условия – температура во всех точках печи 20 °С; граничные условия – удельная мощность нагревателя1,932·107 Вт/м3.Рассмотрим каждый из четырех случаев.В случае I:1.

Определяют табличные данные для воздуха: кинематическуювязкость ν, теплопроводность λ и температуропроводность а в зависимости от температуры t1 [2, 3].Исходные данные для расчетов представляют собой следующее:t1 = (0 20 50 100 200 300 400 500 600 700 800)Т оСν = (13.28 15.06 17.95 23.13 34.85 48.33 63.09 79.38 96.89 115.4м2134.8)Т 106са = (18.8 21.064 25.7 33.6 51.4 71.6 93.1 115.3 138.3 163.4м2188.8)Т 106сλ = (2.44 2.59 2.83 3.21 3.93 4.61 5.21 5.75 6.22 6.71Вт7.18)Т 102мК2.

Осуществляют преобразования табличных значений в функциитемпературы: (t ) = linterp(t1 , , t ) – преобразование кинематической вязкости; a(t ) = linterp(t1 , a, t ) – преобразование температуропроводности; (t ) = linterp(t1 , , t ) – преобразование теплопроводности; t – результат линейной интерполяции.3. Определяют число Грасгофа по формулеGr(t ) =l 3 g t (t ),(t ) 2(2.16)где β – коэффициент, учитывающий воздействие температуры нафизические характеристики среды; l – характеристический размер,равный половине внутреннего диаметра печи (0,06 м), так как теплопроводностью через воздух нагревается дно печи. Разность тем26ператур Δt определяется по предварительному циклу расчетовтемпературы t2:t2 = (20 60.7 99.5 139.9 182 221.6 261.4 301.2 340.7 379.8420.6 460.7 500 540.4 580 620.4 659.9 700.1 801 900.3 100.1)Т оСΔt = t – t2(2.17)Δt = (0 37.4 74.5 113 153.5 191.7 229.8 267.2 303.4 338 372.5404.4 433.8 461.9 487.7 512 533.9 554.3 598.6 633.3 662.8)Т оС4.

Определяют число Прандтля по формулеPr(t ) :=(t ).a (t )(2.18)5. Рассчитывают поправочный коэффициент, отражающийвлияние конвекции на теплопроводность:1 if (Gr(t )  Pr(t ))  103к (t ):  0.105(Gr(t )  Pr(t ))0.3 if 103  (Gr(t )  Pr(t ))  1060.4(Gr(t )  Pr(t ))0.26(2.19)10if 10  (Gr(t )  Pr(t ))  10Эквивалентная теплопроводность прослойки, учитывающаяперенос теплоты конвекцией и теплопроводностью (рис. 2.1): экв (t ):  к (t )(t ).В случае II проводят те же операции, что и в случае I, но прихарактеристическом размере l = 0,1 м, т.

е. при другой высоте садки (рис. 2.2).В случае III:1. Определяют число Рейнольдса по формулеRe(t ) :=l.(t )(2.20)2. Определяют число Нуссельта по формуле для обтекания шара:Nu(t ) = 2  0.03Re(t )0.54  Pr(t )0.33  0.35Re(t )0.58  Pr(t )0.356 .(2.21)27Рис. 2.1. Зависимость теплопроводности λэквот температуры t для случая IРис. 2.2. Зависимость теплопроводности λэквот температуры t для случая II3.

Определяют число Грасгофа по формулеGr(t ) =28l 3 g t (t )(t ) 2.(2.22)Разность температур Δt задают по предварительному циклурасчетов.4. Рассчитывают поправочный коэффициент, отражающийвлияние конвекции на теплопроводность:1 if (Gr(t )  Pr(t ))  103к (t )  0.105(Gr(t )  Pr(t ))0.3 if 103  (Gr(t )  Pr(t ))  106(2.23)0.4(Gr(t )  Pr(t ))0.2 if 106  (Gr(t )  Pr(t ))  10105.

Определяют эквивалентную теплопроводность прослойки,учитывающую перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью: экв (t )  к (t )(t ).(2.24)Следует ввести поправку на вынужденное движение среды.Поправочный коэффициент ζ представляет собой отношение коэффициентов теплоотдачи αк для случаев с применением вентилятора и без его применения (рис.

2.3): к (t ) Nu(t ) экв (t )l(2.25)t3 = (22 25 30 40 50 60 80 100 150 200 250 300 400 500 600700 800)Т оСζ = (6.03 4.79 4.02 3.37 3.03 2.81 2.51 2.32 2.02 1.83 1.7 1.6 1.471.38 1.33 1.29 1.27)Т(t ) := linterp(t3 , , t )6. Определяют эквивалентную теплопроводность прослойкиλэкв2, учитывающую перенос теплоты конвекцией при вынужденном движении среды и теплопроводностью.29абРис.

2.3. Зависимость коэффициента αк от температуры t дляестественный (а) и вынужденной (б) конвекцииВ случае IV:1. Определяют число Рейнольдса по формулеRe(t ) =D,(t )где D – диаметр шара, мм; ω – скорость среды.30(2.26)2. Определяют число Нуссельта по формуле для обтекания шараNu(t ) = 2  0.03Re(t ) 0.54  Pr(t )0.33  0.35Re(t )0.58  Pr(t )0.356 .(2.27)3. Определяют число Грасгофа по формулеGr(t ) =D 3 g t (t ) (t ) 2.(2.28)Разность температур Δt задают по предварительному циклурасчетов.4.

Рассчитывают поправочный коэффициент, отражающийвлияние конвекции на теплопроводность:1 if (Gr (t ) Pr(t )  103к (t ) = 0.105 (Gr (t ) Pr(t )0.3 if 103  (Gr (t ) Pr(t )  1060.4 (Gr (t ) Pr(t )0.2 if 106  (Gr (t ) Pr(t )  1010(2.29)5. Определяют эквивалентную теплопроводность прослойки,учитывающую перенос теплоты конвекцией при вынужденномдвижении среды и теплопроводностью (рис. 2.4).Рис. 2.4. Зависимость теплопроводности λэкв прослойкиот температуры tЗначения остальных характеристик материалов и коэффициента теплоотдачи приведены в таблице.

Материалы и среда нагреваопределяются вариантом выдаваемого задания.313320100Плотность,2,54…2,62 2,54…2,62т/м3Теплопро20,003260,5163водность,Вт/(м·°С)Теплоем884,6903кость,Дж/(кг·°С)Коэффициент теплоотдачи,Вт/(м2·К):–75,32для воды(20°)для масла–19 948,63индустриального (25°)для спо–14,75койноговоздухаХарактеристики материала9491512,162692,2950,12926591,73757,1438,9955,376679,952387,3897258,396259,922760,209950,58150,56520,54895000,53264002,54…2,623002,54…2,54…2,54…2,622,622,6220060,482723,482373,8410180,59782,54…2,62600Температура шамота-легковеса, оС70061,87250,991380,3610410,61412,54…2,6280062,951049,42549,1210640,63042,54…2,62100065,54489,901475,1710870,646774,13–6787,7011100,6632,54…2,54…2,622,62900ТаблицаВ результате подготовки исходных данных для расчетов должны быть сформированы таблицы, содержащие значения характеристик материалов (плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность) и коэффициента теплоотдачи в их температурнозависимой форме для каждого из четырех случаев.2.3.

Подготовка и выполнение расчетов нагрева печиПосле создания трехмерной компьютерной модели печи (см.подразд. 2.1) и подготовки исходных данных (см. подразд. 2.2) выполняют моделирование процесса нагрева печи СШОЛ-1.1,6/12М3 для четырех рассмотренных случаев. Процесс моделированиянагрева печи СШОЛ-1.1,6/12-М3 (на примере случая I) включает всебя следующие операции.1. Экспортирование ранее созданной трехмерной модели печив программу ANSYS.2.

Создание конечно-элементной модели печи.3. Определение физических характеристик материалов каждойдетали печи для случая I в программе ANSYS.4. Задание начальных и граничных условий нагрева печиСШОЛ-1.1,6/12-М3 для случая I в программе ANSYS.5. Проведение расчета.6. Сохранение полученных в результате расчетов данных вфайле результатов.Для проведения расчетов в случаях II, III или IV необходимовыполнить аналогичные действия, указанные в пп. 3–6, но в пп.

3 и4 необходимо вводить данные для конкретного случая.В результате выполнения расчетов на жестком диске компьютера должно быть создано четыре файла (для каждого из четырех рассмотренных случаев) с результатами расчетов в видебазы данных, содержащей значения температуры во всех узлахконечно-элементной модели печи на протяжении всего процессанагрева.2.4. Анализ результатовПосле выполнения расчетов нагрева печи можно провести анализ полученных результатов.

Характеристики

Список файлов книги