Теплообмен в пламенных печах

Теплообмен между печной средой и поверхностью нагреваемого металла называют внешним теплообменом. Во внешний теплообмен входит теплообмен излучением и конвекцией. В высокотем­пературных печах основным является теплообмен излучением. В низкотемпературных печах теплообмен происходит главным образом конвекцией.

Теплообмен конвекцией зависит от температуры приближен­но в первой степени и от скорости движения газов. Поэтому, стремясь усилить конвекцию, обычно интенсифицируют движение газов.

Излучение газов, металла и кладки зависит от температуры в четвертой степени и изменяется во времени. Передача тепла излучением к поверхности нагреваемого в печи материала зависит от многих факто­ров. При расчете учет всех факторов затруднен, и он обычно ведется по модели излучения серого тела с рядом допущений:

1) температура и лучистые характеристики газов постоянны по всему объему рабочего пространства;

2) температура различных точек поверхности металла постоянна;

3) тепловой поток, передаваемый от газов к кладке конвек­цией равен тепловому потоку, теряемому кладкой в окружающую среду (это условие позволяет считать кладку адиабатной относи­тельно падающего на нее лучистого потока).

С учетом указанных допущений, количество тепла, передаваемое излучением от раскаленных газов и кладки металлу, выражается формулой В. Н. Тимофеева:

Вт,

где – приведенный коэффициент излучения газов и кладки на металл, ; – площадь поверхности металла, воспринимающее тепловое излучение, ; и – температура печных газов и поверхности металла, К.

Если считать, что потери через кладку печи равны количеству тепла, получаемому от газов путем конвекции:

,

где – коэффициент излучения абсолютно черного тела, ; , – степень черноты металла и газа; – величина, характеризующая степень развития кладки.

Значение степени развития кладки приближенно определяется как отношение суммарной внутренней поверхности всех стенок и свода печи к воспринимающей тепловое излуче­ние поверхности металла.

При расчете нагрева металла в печах следует определить суммар­ный коэффициент теплоотдачи к поверхности металла:

,

где – коэффициент теплоотдачи излучением, ; – коэффициент теплоотдачи конвекцией, .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией имеет существен­ное значение при сравнительно низких температурах. Коэффициент теплоотдачи излучением необходимо учитывать для средне- и высокотемпературных печей:

.