2. Расчет нагревательных элементов электропечей с преимущественной теплоотдачей конвекцией.

В электропечах с преимущественной теплоотдачей конвекцией и принудительной циркуляцией атмосферы теплопередача излучением отсутствует или имеет подчиненное значение.

В таких печах могут применяться лишь те типы нагревателей, конструкция которых обеспечивает свободное обдувание нагревателей газовым потоком. Это – проволочный и ленточный зигзаг в поперечном потоке воздуха, проволочные спирали в поперечном потоке и некоторые другие. Литые и профилированные нагреватели, а также нагреватели, утопленные в пазах футеровки или уложенные на керамические полочки, в печах с принудительной циркуляцией не применяются.

Допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя при теплоотдаче конвекцией определяется по формуле:

, Вт/см², (10.24)

где: _кон – коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м^2оС),

t_н – допустимая температура нагревателя, ^оС,

t_г – максимальная температура газа или воздуха (температура нагрева изделия), ^оС.

Для свободно обдуваемых спиральных проволочных и ленточных зигзагообразных нагревателей при поперечном газовом потоке коэффициент конвективной теплоотдачи может определяться в зависимости от критерия Рейнольдса:

при Rе  1000 ; (10.25)

при Rе  1000 , (10.26)

где:   расчетная скорость газового потока, омывающего нагреватели и изделие, м/сек;

d_э – эквивалентный диаметр нагревателя (для проволочного нагревателя d_э=d).

, (10.27)

где: V – объемный расход газа (производительность вентилятора), м³/час,

F_к – площадь в самом узком сечении канала, м²,

  поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей газового потока по сечению канала. Чем больше сечение канала, тем меньше величина этого коэффициента (берется из справочника, см., например, [6]).

Скорость газового потока может быть подсчитана и по другой формуле

, (10.28)

где: А – производительность вентилятора, установленного в печи, м³/час,

(F_печи – F_изд) - площадь просвета между стенкой и изделием, м².

Ленточные нагреватели при расчете следует заменить эквивалентными по теплоотдаче проволочными:

- для ленты с периметром сечения П_л, отношением сторон m=10 при расположении длинной стороной сечения вдоль направления движения газового потока эквивалентный диаметр d_э = П_л/1,5=0,212 П_л;

- при расположении ленты длинной стороной сечения поперек потока d_э= П_л/=0,318 П_л.

_конв может определяться и по справочным номограммам (приложение 17).

Затем, исходя из технологических соображений, задаются перепадом температур t= t_н – t_г и по температуре нагревателя t_н выбирают материал для его изготовления.

Геометрические размеры нагревателя определяются по тем же формулам, что и для нагревателей с преимущественной теплоотдачей излучением.

Если в процессе теплопередачи наряду с конвекцией значительна и доля теплоотдачи излучением, то допустимую удельную поверхностную мощность нагревателя можно определять как сумму удельных поверхностных мощностей при конвекции и излучении по приведенным выше зависимостям

. (10.29)