Курсовая работа: Методология выбора материалов и технологий в машиностроении

Методические печи в большинстве случаев по длине делятся на несколько отдельно регулируемых тепловых зон. Нагревательные элементы в пределах одной зоны обычно размещаются равномерно. Поэтому каждая зона характеризуется постоянным тепловым потоком, передаваемым лучеиспусканием на тепловоспринимающую поверхность изделий. Температура зоны печи по мере нагрева изделий повышается в соответствии с основным уравнением теплообмена излучением:

(46)

где q_л - интенсивность теплового потока (излучением),

Т₁ - температура в данной зоне печи, К;

Т₂ - температура изделий, °К;

ε_п - приведенная степень черноты изделий и внутренней поверхности печи.

Интенсивность теплового потока q_л связана с полезной мощностью зоны:

(47)

где N'_п - полезная мощность зоны печи, кВт;

F' - тепловоспринимающая поверхность изделий в зоне, м² .

Итак, температура зоны определяется следующим выражением:

(48)

При этих условиях уравнение теплового баланса аналогично уравнению (31)

(49)

где G^’ - масса загрузки изделий в одной зоне, кг.

Интегрируя уравнение (49) в пределах от начальной температуры изделий до конечной в данной зоне, получим следующую формулу, определяющую продолжительность нагрева изделий в зоне:

(50)

Масса загрузки изделий в зоне равна

(51)

где g’ - нагрузка на метр пода печи, кг/м;

V- длина зоны, м.

Для первой зоны печи = , для последней зоны =. Если известно время нагрева, то можно определить скорость движения изделий в печи, т.е

(52)

где - скорость движения изделий в печи, м/сек.

В большинстве случаев скорость движения изделий во всех зонах печи должна быть одинаковой, поэтому время нагрева изделий в каждой зоне ограничивается ее длиной. В этом случае необходимо рассчитывать температуру нагрева изделий в каждой зоне на основании выражения (50):

(53)

Нагрузка на погонный метр пода g' и скорость движения изделий в печи νвыбираются из следующего соотношения:

(54)

где N_п - полезная мощность печи, кВт. Произведение равно производительности печи

Р = 3600 (55)

где Р - производительность печи, кг/ч.

Печи с конвективным теплообменом.

В методических топливных печах и в электрических печах с искусственной циркуляцией воздуха нагрев изделий происходит как за счет теплообмена излучением, так и конвективного теплообмена. Особенно велика роль конвективного теплообмена в низкотемпературных конвекционных печах. Процесс нагрева изделий в методических конвекционных печах зависит от схемы движения газов (воздуха) и нагреваемых изделий в рабочей камере печи. Существуют три основные схемы движения газов

б)

а)

Рисунок 9 – Схемы прямоточной (а) и противоточной (б) методических конвекционных печей и распределение температуры по их длине: 1— нагревательные элементы; 2 — вентилятор

В печах, работающих по схемам прямотока и противотока, изменение температуры газов по длине рабочей камеры определяется теплообменом между газами и изделиями (рис. 9). При определении продолжительности нагрева изделий в этих печах обычно задаются температура газов (воздуха) на входе в рабочую камеру печи t_1вх , начальная t_н и конечная t_к температуры изделий. Температура газов на выходе из рабочей камеры печи определяется из уравнения теплового баланса:

(56)

где с_р - удельная теплоемкость газов в печи, Дж/(кг ∙° С);

р_г - плотность газов в печи, кг/м³ ;

V_г - объем газов, проходящий в единицу времени через поперечное сечение рабочей камеры печи, м³ /ч;

Р - производительность печи, кг/ч;

с -удельная теплоемкость изделий, Дж/(кг· ° С).