Продолжение темы 5 «ВНЕШНИЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН В

Практическое занятие №10 07.04.2021

Продолжение темы 5 «ВНЕШНИЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН В

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ»

Продолжение Задачи 10.

Голубым выделено то. что вы решили на прошлом занятии

Определитьдля теплового балансаудельные тепловые потоки,переданныеот газа к материалу излучением и конвекцией

Исходные данные

Производительность печи по готовому продукту G = 0,72 кг/с;

Внутренний диаметр печи D=1,6 м

Унос из материала готового продукта х_ун = 0,2;

Общий объем отходящих газов топлива V_г.т = 11,2 м³/ м³

Общий расход отходящих газов V_г= 0,85 м³/ с;

в том числе:.

Vсо, = 1,0 м³/м³;

Vн₂о =2,15· м³/м³;

Удельный выход газов из сырья V_г.м= 0,85 м³/ кг;

Средняя температура газового потока а Т_г = 1200 °С;

Средняя температура материала Т_м = 780 °С;

Средняя температура футеровки Т_ф = 970 °С;

Скорость газов в печи, ω_г= 2,18 м/с;

Теплоемкость отходящих газов, с_г = 1510 Дж/(м³•К);

Теплопроводность отходящих газов принята при Т_г = 927 °С и содержании СО_2, равном V_СО2/V_г._т = 0,089, λ_г = 0,086 Вт/(м·К);

Эквивалентный диаметр канала для прохода газа, D_эк = 1,47 м.

План решения задачи

Определяем

- удельный лучистый тепловой поток от газа к футеровке , Вт/м,

- удельный лучистый тепловой поток от футеровки к материалу , Вт/м,

- удельный лучистый тепловой поток от закрытой поверхности футеровки к материалу , Вт/м.

-удельный конвективный тепловой поток от газа к футеровке

Тогда удельный тепловой поток, переданныйот газа к материалу излучением и конвекцией

q^л+к = q_г.ф^л + q_ф.м^л + q_ф.д.м^л + q_г.м^к (1)

Прежде чем вычислить коэффициенты излучения газового потока, найдем вспомогательные параметры для определения степеней черноты углекислоты ε_СО2, водяных паров ε_н,_о и поправочного коэффициента ξ.

Парциальное давление С0₂ и Н₂0 в газах согласно формулам

(2)

Длина луча определяется по формуле

(3)

где – φ=0108.

Находим произведение парциальных давлений на длину луча:

р_со2·l; и р_н,_о·l

По номограммам находим: при средней температуре:

газа Т_г = 1200 °С → ε_СО2;

футеровки Т_ф = 970 °С → ε_СО2;

материала Т_м= 780 °С → ε_СО2.

и поправочный коэффициент ξ.

Степень черноты твердых уносимых частиц по

(4)

Величину степени а определяем в соответствии с зависимостью

(5)

где G_ун = Gх_ун

Коэффициент излучения газового потока при Т_ф = 970 К по

(6)

Значение Е_г находим по формуле

(7)

Значение Е_м по формуле

(8)

Удельный лучистый тепловой поток от газа к футеровке аналогично

(9)

Удельный лучистый тепловой поток от футеровки к материалу

(10)

Удельный лучистый тепловой поток от закрытой поверхности футеровки к материалу

(11)

Тогда удельный тепловой поток, переданныйот газа к материалу излучением

q^л = q_г.ф^л + q_ф.м^л + q_ф.д.м.^л (12)

Удельный конвективный тепловой поток от газа к футеровке рассчитываем по формуле

, (13)

где l_д._{ф =}3,69.

Здесь коэффициент теплоотдачи

(14)

Для определения количества теплоты, передаваемой теплопроводностью от футеровки к материалу, проделаем необходимые вспомогательные расчеты.

(15)

где l_д._{м =}1,33.

Отношение открытой футеровки к полной площади ее поверхности согласно (16) будет

(16)

Коэффициент теплоотдачи от газа к футеровке согласно формуле

α ^усл_{г . ф}= /[(Т_г-Т_ф)l_д.ф] (17)

Коэффициент теплоотдачи от футеровки к материалу согласно формуле

α _{ф ..м} = /[(Т_ф-Т_м)l_д.м] (18)

Осредненный по поверхности футеровки коэффициент теплоотдачи в соответствии с формулой (19)

(19)

Примем футеровку из хромомагнезита. При ее температуре

t_ф =970-273=697°С λ_ф = 1,13 Вт/(м·К); плотность ρ_ф= 2900 кг/м³и теплоемкость с_ф = 750 + 0,15·697 = 855 Дж/(кг·К).

При этих данных критерий интенсивности теплообмена по (20)

, (20)

где n ‒ частота вращения печи, n = 0,68/60 = 0,011 с^-1.

По рис. 11.4 находим при значениях А = 0,73 и В = 0,14 значение коэффициента I= 0,05. Тогда по (21) получим

(21)

Суммарный удельный тепловой поток от футеровки к материалу

q_ф.м = q_ф._т^л + q_ф.д.м^л + q_ф.м^т

Суммарный удельный тепловой поток от газа к футеровке

q_г.ф. = q_г.ф^л + q_г.ф^к

Если считать, что потери теплоты в окружающую среду составляют

q_пот= 0,2(q_г.ф^л + q_г.ф^к)

В соответствии с (22), получим

(22)

Расхождение в тепловых потоках, воспринятых футеровкой от газа и переданных материалу будет

∆ q =q_г._ф - q_ф.м - q_пот , Вт/м

или (∆ q / q_г._ф)100, %.

Это свидетельствует о том, что температура футеровки Т_ф =970 К была выбрана (правильно/неправильно).

Удельный лучистый тепловой поток непосредственно к материалу от газа определяется по зависимости (23)

, Вт/м. (23)

Удельный конвективный тепловой поток от газа непосредственно материалу по (24)

q_г.м^к =α_г.м(Т_г –Т_м) l_х.м(24)

q_г.м^к = 10,34 (1200 — 780) 1,18 = 5,12·10³ Вт/м.

где l_х.м₌1,18.

В соответствии с выражением (25) определяем суммарный тепловой поток к материалу от газа и футеровки

(25)