+7 (495) 999-47-65
litteh-sale@mail.ru
Корзина пуста
Выбрано 0 шт.
на 0 руб.

4.5.0. Компьютерное моделирование процессов теплопередачи

Заявка на звонок Заполните форму:
captcha
Я даю своё согласие на обработку моих персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27.07.2006 года №152-ФЗ «О персональных данных», на условиях и для целей, определенных Политикой конфиденциальности.
Методичка
Глава 1. ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА
Глава 2. МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ
Глава 3. ДВИЖЕНИЕ ГАЗОВ В ПЕЧАХ
Глава 4. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Глава 5. ОГНЕУПОРНЫЕ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава 6. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА
Глава 7. СПОСОБЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ
Глава 8. ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Глава 9 НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Глава 10. СУШИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Использованная литература

В качестве примера рассмотрим моделирование процесса теплопередачи в индукционной тигельной печи ИСТ 006 на режиме выдержки чугуна перед разливкой при постоянной температуре 1450оС. Эта печь выбрана в качестве объекта моделирования  потому, что за многие годы эксплуатации таких печей в производственных и лабораторных условиях накоплен опыт, позволивший  сформулировать исходные данные, начальные и граничные условия для расчёта, и оценить правильность полученных результатов.  

Модель процесса теплопередачи в печи разработана в приложении «Тепловой анализ» программы T-FLEX.CAD. Для моделирования был построен 3-D чертёж печи (рис. 4.14.). Теплопередача в моделируемой печи происходит всеми тремя способами, рассмотренными выше. Это - передача тепла излучением с зеркала металла, теплопроводностью через стенку и подину печи  и конвекцией с поверхности кожуха печи.

Элементы конструкции печи, не оказывающие существенного влияния на процессы теплопередачи, не учитывались при моделировании для уменьшения количества вычислений, проводимых программой.

         Действие водоохлаждаемого индуктора учитывается граничным условием – температурой поверхности контакта индуктора с поверхностью теплоизоляции тигля. По данным экспериментальных плавок на моделируемом режиме она остаётся постоянной на уровне 250оС. Принятие этого граничного условия существенно сократило время расчётов по программе.

         Все тела, составляющие чертёж, компьютерная программа разделяет на конечные элементы – тетраэдры. На рисунке 4.15.  показана сетка конечных элементов, на которые разделены тела конструкции.

Рис. 4.15. Сетка конечных элементов и нагружения.


         Сущность метода конечных элементов применительно к тепловому анализу состоит в представлении о том, что  передача тепла теплопроводностью происходит между узловыми точками всех конечных элементов в объёме тела. Передача тепла излучением и конвекцией осуществляется узловыми точками поверхности тел. Способ теплопередачи, начальные и граничные условия расчётчик указывает в разделе «Нагружения» (рис. 4.16.) Тела и поверхности, на которые назначаются  нагружения, отмечаются волнистыми линиями на конечноэлементной модели.  

         В рассматриваемом примере заданы следующие виды нагружений:

- конвективный теплообмен_1 – конвекция с поверхности всех граней верхней и нижней плит;

- температура_3- температура расплавленного металла (задана начальная температура);

- температура_4 - поверхности теплоизоляционного слоя, соприкасающейся с индуктором (постоянная величина);

- тепловая мощность_2- (мощность, передаваемая жидкому металлу);

-  тепловое излучение _4 – излучение с поверхности металла в окружающую среду;

- тепловое излучение_5 - с поверхности металла на «ВОРОТНИК»

- тепловое излучения_6  - с поверхности металла на «Воротник верх».

Рис. 4.16. Вид окна «Задачи» программы «Тепловой анализ».

 

         При моделировании процесса методом подбора была определена такая  тепловая мощность (мощность, передаваемая индукцией жидкому металлу), при которой температура металла в конце установившегося режима не отличалась от начальной (1723К). Эта мощность равна суммарной мощности тепловых потерь на заданном режиме. Методом подбора было установлено о (рис. 4.17.), что такой режим работы печи с кислой футеровкой (режим термостатирования) обеспечивается   при тепловой мощности равной 13 400Вт.

         При использовании магнезиальной футеровки суммарная мощность тепловых потерь увеличилась до 17 250Вт (рис. 4.18.). Это объясняется тем, что удельная теплопроводность магнезиальной футеровки в рабочем диапазоне температур в 2 раза выше, чем кварцитовой.

Многочисленные эксперименты, проводившиеся на печи ИСТ 006 в лаборатории кафедры «Машины и технология литейного производства»  МАМИ показали, что мощность, потребляемая печью с кислой футеровкой на этом режиме составляет 20кВт. Электрический КПД печи по расчёту равен 70%. Поэтому мощность, передаваемая жидкому металлу и расходуемая на все тепловые потери, составляет 14кВт.         Это достаточно хорошо согласуется с мощностью тепловых потерь  полученной моделированием.

         На рисунках 4.19. и 4.20. приведено распределение суммарных тепловых потоков по поверхности печей с кислой и c основной футеровкой соответственно.