Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 4.30. Схема взаимного расположения зон (а) и профили температур газа (б) при различном положении факела относительно нагреваемого материала (М) и кладки (К)’. З.Г — зона горения; П.С — зона продуктов сгорания; Д.С — диатермическая (прозрачная) среда
84
При стержневом факеле (III) зона горения сверху и снизу окружена зонами продуктов сгорания. Одним из частных случаев работы печей является полное рассредоточение горения по профилю рабочего пространства (IV).
Рассмотренные положения факела относительно нагреваемого материала и кладки характеризуются определенным распределением температур газа (рис. 4.30, б). В данном примере их построение выполнено с использованием данных ВНИИМТ. При этом для настильного и сводового факела имеет место эксцентриситет температурного максимума: максимум температуры газов располагается вблизи соответствующей поверхности. А для стержневого факела характерно расположение максимума температур газов примерно на равном расстоянии от материала и свода. Более полному рассредоточению горения (IV, рис. 4.30, а) соответствует модельное равномерное распределение температуры газа. В некоторых случаях при сравнении теплоотдачи от факелов при их различном расположении решается смешанная задача теплообмена, при этом температура газов в модели принимается на основании экспериментальных данных (рис. 4.30, б).
При построении зональных моделей различных печей учитывается положение факела относительно тепловоспринимающей поверхности и кладки. При оконтуривании зоны горения исходят из визуальных наблюдений, результатов кино- и фотосъемки факелов, воздушного моделирования.
1.1.5. Скоростные и другие аэродинамические характеристики факела
От скорости распространения струи и потока газа зависит направленность факела, его расположение в рабочем пространстве печи, интенсивность циркуляции, относительная и абсолютная величина теплоотдачи конвекцией. В литературе приводятся весьма различные данные по относительной доле теплоотдачи конвекцией для различных печей, и это определяется прежде всего аэродинамическими факторами, характером движения газовых потоков. Кроме продольной составляющей скорости потока, необходимо учитывать и тангенциальную составляющую (для закрученных потоков), кратность циркуляции и другие величины.
Тем не менее известно, что коэффициент теплоотдачи конвекцией для турбулентного режима движения газов пропорционален величине скорости движения газов ак ~ vv °'8. Эксперименты показывают, что величина коэффициента теплоотдачи конвекцией от факела существенно изменяется по его длине, достигая наибольших значений в начале факела. При направлении факела под углом к плоскости нагрева теплоотдача конвекцией увеличивается приблизительно пропорционально квадрату синуса угла атаки струи газа Ра
?KP = ^sin% (4Л16)
85
где qK — тепловой поток конвекцией при угле атаки (За = 90°.
При направлении факела под углом к плоскости плотность теплового потока оказывается в 2,4-2,6 раза больше, чем при движении факела параллельно плоскости.
Учитывая эти факторы и другие имеющиеся экспериментальные данные, в зональных расчетах для настильных факелов, направленных под углом к поверхности ванны, было рекомендовано принимать неравномерное распределение коэффициентов теплоотдачи конвекцией по длине факела, нормируя эту величину с помощью коэффициента Ккон :
а =К а , (4.117)
К КОН к.сг х /
где ако — величина теплоотдачи конвекцией для условий осесимметричного потока в канале, ако « 20,9 Вт/(м2-К). При этом для зон в начале факела рекомендовано значение К = 3, в его середине К = 1,67 и в конце факела /С = 1.
КОН кон кон
Для проведения зональных расчетов требуется описание картины движения газов в рабочем пространстве печи, количественное определение массообмена, циркуляции и т.д. На помощь в ряде случаев может прийти физическое моделирование движения газа. При этом в добавление к обычно используемым критериям подобия, следует соблюдать дополнительные условия:
/сх*/?>0 = idem; (4.118)
Агф = idem; (4.119)
При воздушном моделировании, если на модели используются равноплотнос-тные потоки, то Агф = со и Рф = со. Поэтому достаточно удовлетворительные результаты исследования аэродинамики газов могут быть получены лишь для тех натурных условий, для которых значения Агф и Рф (Р,) достаточно большие и не оказывают заметного влияния на подсос и аэродинамику факела. Оценку влияния действия подъемных сил на факел можно провести, пользуясь формулами (4.13) или (4.26) и сравнивая величины I ID и / IDQ. Если величина IJD0 не
намного отличается от /сх ID (вероятно, не более чем на 20 %), то можно счи-
тать действие подъемных сил на факел сравнительно небольшим. В соответствии с формулой (4.13), действие подъемных сил на факел может быть также оценено по формуле (при известном значении I /D0 для натуры):
^ (Усх/ А)) _ (/сх/Dp) (4 120)
Ф АгФ РФ
Если Вф < 0,2 (IJD()), то действие подъемных сил на факел следует считать небольшим.
86
При холодном моделировании, как следует из формул (4.16) и (4.17), большое внимание также должно уделяться следующему условию подобия (по критерию неравноплотности факела):
