- •Техническое задание
- •Содержание
- •Введение
- •Рассчет печи искусственного старения
- •Варианты загрузки печи
- •1.2. Анализ вариантов расположения деталей в печи.
- •2. Расчет нагрева металла.
- •2.1 Выбор исходных данных и способа нагрева.
- •2.2. Расчет первого этапа.
- •2.3 Расчет второго этапа
- •3.1 Полезное тепло
- •3.2 Вспомогательное тепло
- •3.3 Потери тепла.
- •4. Определение мощности печи
- •4.1 Расчет электрических нагревателей
- •4.2 Мощность, приходящаяся на один вентилятор
- •4.3 Расчет нагревателей
- •5.Аэродинамический рассчет печи.
- •5.1Потери на трение.
- •5.2. Местные потери.
2. Расчет нагрева металла.
2.1 Выбор исходных данных и способа нагрева.
Для проведения расчетов определяются дополнительные данные.
Температура печи: .
Определим температуру изделия на стыке этапов нагрева:
Скорость воздушного потока около изделий: W=20м/с.
При =200теплопроводность воздуха
Кинематический коэффициент вязкости воздуха
Рис 2.1 Схема нагрева в 2 этапа.
В расчет принимается степень черноты поверхности материала (поверхность окислена), степень черноты поверхности печи.
Процесс нагрева будет осуществляться в 2 этапа. На первом этапе нагрев производится постоянным тепловым потоком, а на втором этапе - при постоянной температуре печи (циркулирующего воздуха). Предполагаем, что изделие при нагреве будет термически “тонким”, следовательно, нагрев можно представить в виде графика на рис 2.1.
2.2. Расчет первого этапа.
При выбранных параметрах нагрева определим величину теплового потока на первом этапе . Он равен сумме конвективного и лучистого тепловых потоков:
Конвективный коэффициент теплоотдачи определяется с помощью критериальной формулы: ,
где
Суммарный тепловой поток первого этапа:
Перед продолжением расчетов необходимо уточнить ситуацию, определив величину критерия Био: ; где-половина минимального размера изделия.
Столь малое значение величины критерия Био говорит о том, что при выбранных параметрах нагрева заготовки из сплава АК8 будут иметь практически равномерное поле, то есть будут термически “тонкими”телами. В данном случае нет необходимости определять перепад температур по сечению полуфабриката.
Время нагрева на первом этапе:
Здесь - теплоемкость сплава АК8, средняя на интервале температур первого этапа;
- масса одной детали
-поверхность теплообмена детали.
2.3 Расчет второго этапа
На втором этапе нагрева температура воздушного потока в печи поддерживается постоянной. Изделия нагреваются от до температуры,заданной технологией. Конвективный теплообмен считается постоянным, а лучистый несколько изменяется.
Определим - коэффициент лучистого теплообмена в конце второго этапа.
Время нагрева на втором этапе:
Суммарное время нагрева на двух этапа:
По достижении заданной температуры процесса начинается самая длительная операция – выдержка садки. Время выдержки принимается равным 12 часам.
Для проведения загрузки и выгрузки садки из печи, требуется около 30 мин = 1800с.
Цикл работы печи: или
3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ СТАРЕНИЯ.
Тепловой баланс – сумма затрат тепловой энергии, для выполнения одного цикла.
3.1 Полезное тепло
Это тепло идет на нагрев садки.
где - масса садки.
3.2 Вспомогательное тепло
Это тепло, затрачиваемое на нагрев кассет и прокладок, образующих садку вместе с полуфабрикатами из сплава АК8. Принимаем общую массу кассет и прокладок 50кг. Предположим, что материал, из которого сделаны прокладки и кассеты – сталь 45.
Где - теплоемкость стали 45.
3.3 Потери тепла.
Конструкция печи показана на рис 3.1 – указан поперечный разрез. Для определения потерь тепла необходимо найти коэффициент теплопередачи от рабочего пространства к окружающему воздуху:
Потери тепла через стены:
При загрузке и выгрузке металла тепло теряется излучением через открытую дверцу печи. Принимаем размеры проема
Лучистые потери определяются по формуле Стефана – Больцмана:
Принимается время открытого состояния дверцы 240с.
В связи с тем, что конструкция печей металлоемка, между внутренним и наружным кожухом имеется связь через металлические крепления. Потери через элементы конструкции называют потерями через “короткие” замыкания. Этот вид потерь учитывают, как 20-30% от потерь через изоляцию стен:
В итоге можно составить баланс тепла – затраты на один цикл:
Определим КПД печи:
Рис 3.1. Конструкция печи. 1 — калорифер, 2 — теплоизоляция, 3 - кожух печи, 4 - каркас, 5 - выдвижной под, 6 - вентилятор.