Средняя температура поверхности на втором участке

.

При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ₂=28,3Вт/м·С и коэффициент температуропроводности металла а ₂=0,0172 м²/ч.

Расчетная толщина металла при нагреве:                                                    

Число Фурье

                                                                  

Коэффициент теплоотдачи излучением:

                                                           

 

в начале участка

                                

в конце участка

                               

средний

                  

Число Био

                                                     

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o2=0,74 и Bi₂=1,89 по номограммам -

Конечная температура поверхности металла:

                                                                

что практически совпадает с предварительно заданной температурой.

Функции для вычисления температуры середины металла определяем при    F₀₂=0,74 и Bi₁=1,89 -

Конечная температура середины металла:

.

III расчетный участок.

Расчетная схема нагрева металла – двухсторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.

Задаемся конечной температурой поверхности металла на втором участке t_м.пов3=1180°С с продолжительностью нагрева τ₃­=1,38ч.

Средняя температура поверхности на втором участке

.

При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ₃=32,96 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а ₂=0,0195 м²/ч.

Расчетная толщина                                                          

Число Фурье

                                                                  

Коэффициент теплоотдачи излучением:

                                                           

в начале участка

                               

в конце участка

                               

средний

                  

Число Био

                                                      

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o2=1,05 и Bi₂=2,2 по номограммам -

Конечная температура поверхности металла:

                       

что практически совпадает с предварительно заданной температурой.

Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F₀₃=1,05 и Bi₃=2,2 -

Конечная температура середины металла:

.

IV расчетный участок.

Расчетная схема нагрева металла – односторонний нагрев при постоянной температуре окружающей среды и параболическом начальном распределении температур.

Задаемся конечной температурой поверхности металла на первом участке

t_м.пов4= t_м.ср.4=1180°С и продолжительностью нагрева τ₄ = 1,104ч.

При средней температуре поверхности металла определяем коэффициент теплопроводности металла λ₄=33,8 Вт/м·К и коэффициент температуропроводности металла а₄ =0,02 м²/ч.

Расчетная толщина металла при одностороннем нагреве      

                                                        

Число Фурье

          

Коэффициент теплоотдачи излучением:

                                                           

                                

Число Био

                                             

Функции для вычисления температуры поверхности металла определяем при F_o4=0,2 и Bi₄=3,96 по номограммам -

Конечная температура поверхности металла:

                                                               

, что практически совпадает с предварительно заданной.

Функции для вычисления температуры середины металла определяем при F₀₄=0,2 и Bi₄=3,96-

Конечная температура середины металла:

.

Следует также проверить температуру нижней поверхности металла, которая после одностороннего нагрева может оказаться ниже температуры середины металла.

Функции для вычисления температуры нижней поверхности металла определяем при F₀₄=0,2 и Bi₄=3,96 -

Конечная температура нижней поверхности металла:

Следовательно, самая низкая температура в середине металла и максимальный конечный перепад температур в металле:

                                                       

 

Тепловой баланс

I. Приход тепла

1. Химическое тепло топлива:

                                                                   (6.1)

2. Физическое тепло воздуха:

            (6.2)

где С_в=1,329 при t_в=400⁰С,

3.Тепло экзотермической реакции окисления железа:

                                      (6.3)

Р = 46,3 т/ч

II. Расход тепла

4. Тепло, затраченное на нагрев металла:

                                                         (6.4)

где средняя теплоемкость металла при t_м.ср4=1171 ⁰С

     средняя теплоемкость металла при t_н=20 ⁰С

5. Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания

                                                                  (6.5)

6. Потери тепла теплопроводностью через кладку

На первом расчетном участке

 

Потери через верхнюю часть боковых стен. Кладка верхней части боковых стен: шамот кл.А δ=230мм, шамот кл.Б δ=230мм и плиты МКРП δ=50мм. Задаемся температурой наружной поверхности кладки - t_нар1=100 ⁰С. Температура в месте соприкосновения слоев шамота кл.А и шамота кл.Б t_ш-ш=720⁰С, в месте соприкосновения слоев шамота кл.Б и плит МКРП t_ш-пл=450 ⁰С.

Средняя температура шамота кл.А:

t _ш1 =0,5(1020+720)=870 ⁰С,                                                              (6.6)

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш1=0,88+0,00023·870=1,08 Вт/мК,                                           (6.7)

Средняя температура шамота кл.Б:

t _ш2 =0,5(720+450)=585 ⁰С,                                                              (6.8)

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2=0,84+0,00058·585=1,18 Вт/мК,                                            (6.9)

Средняя температура между слоями шамота кл.Б и плитами МКРП:

t _ш2-пл =0,5(450+100)=275⁰С,                                                    

Коэффициент теплопроводности:

λ_ш2-пл=0,14 Вт/мК,

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду:

α_нар1=7+0,05·t_нар1=7+0,05·100=12 Вт/м²К.                                              (6.10)

Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковой стенки:

     (6.11)

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.А и шамота кл.Б:

,                                                             (6.12)

Проверяем температуру на границе слоев шамота кл.Б и плит МКРП:

,                                                              (6.13)

Проверяем температуру наружной поверхности кладки:

.