1 Институт Экотехнологий и Инжиниринга Кафедра Теплофизики и

1 Институт Экотехнологий и Инжиниринга Кафедра Теплофизики и Экологии Металлургического Производства Студент: Коновалова М.А. Научный руководитель: проф. Арутюнов В.А. Исследование влияния формы заготовок, нагреваемых в печи высокоточного нагрева, на газодинамику и теплообмен в ее рабочем пространстве

2 Постановка задачи Исходные данные: Начальная температура заготовки – 293К; Температура ПС на входе – 1273К; Температура на наружной поверхности кладки – 300К; Массовым расход – 0,3 м/с, что соответствует скорости продуктов сгорания на выходе из горелочного устройства – 100 м/с; Время нагрева – 10 мин; Материал заготовки – сталь среднеуглеродистая; Материал кладки – шамот.

3 Принятые допущения Не рассматривается кинетика горения топлива (Состав продуктов сгорания: 13 % СО2 и 11 % Н2О); Применяется стандартная k-ε модель турбулентности; Применена Р-1 модель радиационного теплообмена; Степень черноты продуктов сгорания принята равной 0,35; Степень черноты внутренней поверхности кладки и металла равны 0,8; Теплофизические свойства ПС: плотность, теплоемкость, теплопроводность, динамический коэффициент вязкости имеют кусочно-линейный характер; Теплоемкость и теплопроводность стали также имеют кусочно-линейный характер при постоянной плотности.

4 Математическая постановка Уравнения Навье-Стокса Уравнение неразрывности Уравнения для k-ε модели Уравнение энергии Уравнение радиационного теплообмена для Р-1 модели Уравнение состояния

5 Цилиндрическая заготовка

6 Распределение вектора скорости (м/с) в рабочей камере печи с цилиндрической заготовкой

7 Распределение температур в рабочем пространстве печи с цилиндрической заготовкой

8 Температурное поле в цилиндрической заготовке

9 Распределение плотности теплового потока и температуры по поверхности цилиндра

10 Нагрев цилиндрической заготовки

11 Заготовка квадратного сечения

12 Распределение вектора скорости (м/с) в рабочей камере с заготовкой квадратного сечения

13 Распределение температур в пространстве печи с заготовкой квадратного сечения

14 Температурное поле в заготовке квадратного сечения

15 Распределение плотности теплового потока и температуры по поверхности заготовки квадратного сечения

16 Пластина

17 Распределение вектора скорости (м/с) в рабочей камере печи с пластиной

18 Распределение температур в рабочем пространстве печи с пластиной

19 Температурное поле в пластине

20 Распределение плотности теплового потока и температуры по поверхности пластины

21 Нагрев пластины

22 Изменение плотности теплового потока на поверхности цилиндра во времени

23 Изменение плотности теплового потока на поверхности заготовки квадратного сечения во времени

24 Изменение плотности теплового потока на поверхности пластины во времени

25 Изменение температурного поля цилиндра во времени

26 Изменение температурного поля заготовки квадратного сечения во времени

27 Изменение температурного поля пластины во времени

28 Вывод: В заготовках через 10 минут нагрева при работе одной горелки возникает большая неоднородность температурного поля, а это в свою очередь может привести к ухудшению качества изготавливаемых изделий, в случае если эта неоднородность не будет устранена при дальнейшем нагреве. Можно предположить, что при увеличении количества горелок (при сохранении суммарного расхода) распределение температур в рабочем пространстве печи станет более равномерным, и, следовательно уменьшится неравномерность температурного поля заготовки. Этот же эффект можно достигнуть уменьшением расхода продуктов сгорания, т.е. при более медленном нагреве. В любом случае, при дальнейшем нагреве необходимо предусмотреть выдержку для выравнивания температуры по объему и поверхности заготовки.

29 Спасибо за внимание!