Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Представленные результаты во многом неудовлетворительны. Температуры среды и шихты осреднены по сечениям этих тел, тогда как они существенно изменяются. Особенно важное значение имеет определение температурного поля в слое шихты. Пренебрежение внутренним теплообменом в шихте присуще подавляющему большинству моделей, описанных в литературе. Очень мало работ, в которых задачи внутреннего и внешнего теплообменов решаются совместно.
По моделям тепловой работы зарубежных вращающихся печей расчеты проведены при следующих допущениях:
• газ и материал перемешиваются в своих пределах идеально, смешивание этих тел исключается;
• футеровка имеет в радиальном направлении бесконечно большую теплопроводность, а вдоль оси — нулевую; футеровка идеально изолирована от корпуса печи и поэтому названа адиабатической;
• оба тела, газ и шихты, лишены специальных источников и стоков энергии; в расчете учитывается обычная теплоемкость тел;
• все коэффициенты теплоотдачи: от газа к футеровке, от газа к слою, от футеровки к слою при непосредственном контакте тел не зависят от температуры; по этому признаку модель названа конвективной.
Как видим, в модели снята проблема внутреннего теплообмена, тогда как она может лимитировать теплообмен шихты в целом. Снято также тепловое
317
сопротивление футеровки. Поэтому модель заведомо завышает часть тепла, переданную через футеровку, а следовательно, и полный тепловой поток. По этим расчетам тепловой поток, аккумулированный футеровкой и переданный затем слою, может превышать поток через открытую поверхность слоя более чем в 3 раза. В реальных условиях эта часть составляет 10-30 % полного теплового потока. Принимаются коэффициенты теплоотдачи заданными. В действительности эти коэффициенты подлежат определению, что составляет центральное, наиболее трудоемкое звено расчета. Модель с реалистичными результатами должна учитывать множество других явлений, еще не получивших количественной оценки.
Задача заключается в последовательном освобождении математической модели от грубых допущений с одновременным упрощением математического аппарата и сокращением объема вычислений. Рассмотрим важнейшие фрагменты математической модели тепловой работы.
2.2.2. Сопряженный теплообмен открытых поверхностей слоя шихты и футеровки с печным пространством
Фиксированный элемент футеровки освобождается от слоя шихты при каждом обороте печи. Еще чаще обновляется поверхность слоя шихты. Время экспозиции составляет примерно 1-20 с, поэтому нагреваемые тела можно считать массивными. Сопряженный теплообмен означает совместное решение внешней и внутренней нестационарной задач, в котором температура поверхности подлежит определению.
Печное пространство — система тел, состоящая из объема среды, окруженного оболочкой из различных поверхностей, включая расчетную поверхность нагрева. В пространстве происходят излучение, поглощение, отражение и рассеяние лучистых потоков, а также конвекция среды.
Тепло к слою шихты на 70-90 % поступает через открытую поверхность из печного пространства. Поверхность слоя представим “натянутой”, плоской. Поскольку ее температура задается постоянной, задача теплообмена становится внешней и стационарной.
При описании внешнего теплообмена печь рекомендуется представить в виде радиационной и конвективной камер, или разделенной на эти части. В радиационной части плотность теплового потока на поверхность нагрева F0 вычисляется по формуле:
qt = АЛМ8,Г4 - а,Г,4), (4.336)
где ?, и «j — степень черноты и поглощательная способность объема печной -реды; А„ — коэффициент поглощения поверхности нагрева; К, — коэффициент многократных отражений и рассеяний лучистых потоков, безразмерный;
Я8
при записи формулы К, предполагается полная компенсация тепловых потерь через футеровку конвективным потоком к ней, когда температура футеровки исключается в расчете и может быть определена попутно. Конвективный поток к поверхности нагрева учитывается посредством эквивалентной температуры излучающей среды
Тэ = Ti]l + aK(l-TJT)/(АК.г^Т3), (4.337)
где Т — эффективная температура изотермической среды, вычислению которой посвящена специальная литература; а — коэффициент теплоотдачи кон-2 ^ векцией, Вт/(м -К). Формула (4.337) получена при равенстве (4.338) общему
граничному условию
q. = АЛ,Ф/ ~ а,Т,4) + ак(т~ Т,)-
Для конвективной части печи
qt = аЕ(Г- Г.).
где аЕ = ак + ар — суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К). Коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле
а = ЛД,?|а(Г + T.\f + Г2.). (4.338)
В формулы (4.337) и (4.338) входит температура поверхности нагрева, подлежащая определению. Поэтому расчеты проводятся итеративно с уточнением Г» на каждом шаге. Инженерный уровень расчетов не исключает использование ЭВМ, когда последовательные приближения легко реализуются. Формулы корректны, поэтому граница разделения печи на радиационную и конвективную части может проводиться произвольно, например при температуре среды 700 К.
Сопряженный теплообмен в конвективной части печи описан в теории теплопроводности. Ниже рассмотрен теплообмен в радиационной части печи с граничным условием (4.336). В качестве начального условия принимаем температуры слоя с начала его пересыпания или элемента футеровки с момента его высвобождения изотермическими по глубине с обозначением Тм. Затем температура в теле распределяется от Т, на поверхности до Гм по параболическому закону.
