Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ Рабочая программа, методические указания и индивидуальные задания к изучению дисциплин ФТЕПЛОТЕХНИКАФ и ФМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИФ для студентов, обучающихся по направлению 0904 - металлургия Днепропетровск НМетАУ 2005 2 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ Рабочая программа, методические указания и индивидуальные задания к изучению дисциплин ФТЕПЛОТЕХНИКАФ и ФМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИФ для студентов, обучающихся по направлению 0904 - металлургия Утверждено на заседании Ученого совета академии Протокол № 1 от 25.01.05 Днепропетровск НМетАУ 2005 3 УДК 66.041: /536.7+536.24/ Рабочая программа, методические указания и индивидуальные задания к изучению дисциплин ФТеплотехникаФ и ФМеталлургические печиФ для студентов, обучающихся по направлению 0904 / Сост.: Т.Е. Сысоева, Е.В. Гупало - Днепропетровск: НМетАУ, 2005. - 46 с.

Приведены рабочая программа дисциплин ФТеплотехникаФ и ФМеталлургические печиФ, методические указания к выполнению индивидуальных заданий по каждой дисциплине, примеры расчета индивидуальных заданий, рекомендованная литература.

Предназначена для студентов по направлению 0904 - металлургия.

Составители: Т.Е. Сысоева, асс.

Е.В. Гупало, асс.

Ответственный за выпуск В.И. Губинский, д-р.техн.наук, проф.

Рецензент В.Д. Румянцев, канд.техн.наук, проф.

Подписано к печати 22.06.2005. Формат 60х84 1/16. Бумага типогр. Печать плоская. Уч.-изд.л. 2.70. Усл. печ. л. 2.66. Тираж 300 экз. Заказ №.

Национальная металлургическая академия Украины 49600, Днепропетровск - 5, пр. Гагарина, 4 _ Редакционно-издательский отдел НМетАУ 4 ВВЕДЕНИЕ Все технологические процессы при производстве черных металлов, прокатке, ковке, отливке, термической обработке изделий происходят, как правило, при высоких температурах. При этом основным видом оборудования являются плавильные, нагревательные, термические печи и другие тепловые агрегаты.

В современном понимании металлургическая печь - это оснащенный вспомогательным оборудованием тепловой агрегат, в рабочем пространстве которого происходит генерация теплоты из того или иного вида энергии и передача ее материалу, подвергаемому нагреву.

Процессы, протекающие в высокотемпературных теплотехнических агрегатах (движение газов, тепломассообмен, нагрев и плавление материалов), а также различные виды топлив и их сжигание рассматриваются при изучении дисциплины "Теплотехника". В рамках дисциплины "Металлургические печи" изучаются, конструкции и тепловые режимы нагревательных и термических печей, основные принципы их тепловой работы.

Без глубокого понимания физической сущности процессов, протекающих в промышленных тепловых агрегатах и без достаточной теоретической подготовки невозможно решать сложные инженерные задачи, связанные с их конструированием и эксплуатацией печных агрегатов. В связи с этим изучение дисциплин "Теплотехника" и "Металлургические печи" имеет первостепенное образовательное значение для студента-металлурга.

Обе дисциплины тесно связаны между собой, поскольку характер и интенсивность тепловых процессов, протекающих в металлургических печах и теплотехнических агрегатах, во многом определяют особенности их конструкций и технико-экономические показатели работы, которые в свою очередь оказывают заметное влияние на энергоемкость отрасли в целом.

1 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ТЕПЛОТЕХНИКА" Направление - 0904 Металлургия Специальности - 7.090401 Металлургия черных металлов 7.090402 Металлургия цветных металлов 7.090404 Обработка металлов давлением 7.090412 Термическая обработка металлов 7.090415 Литейное производство Расписание учебных часов Всего часов по учебному плану в том числе: аудиторные занятия из них: - лекции - лабораторные занятия - практические занятия - Самостоятельная работа в том числе:

- изучение разделов программы, которые не преподаются на лекциях - выполнение индивидуальных заданий Итоговый контроль экзамен Содержание дисциплины:

1. Топливо и его сжигание. Состав и классификация топлива. Теплота сгорания топлива. Условное топливо. Калориметрическая, теоретическая и действительная температуры горения топлива. Коэффициент использования тепла топлива и факторы его определяющие. Расчеты горения топлива. Устройства для сжигания топлива.

2. Механика газов и жидкостей. Газообразное и жидкое состояние вещества. Законы идеальных газов. Виды давлений. Основные уравнения стационарного движения газов. Измерение давлений в газовом потоке. Вязкость жидкостей и газов. Ламинарный и турбулентный режим движения газов и жидкостей. Число Рейнольдса. Потери давления при движении жидко стей и газов. Нагнетание газов и жидкостей. Тягодутьевые устройства. Истечение газов из отверстий и сопел. Турбулентные струи. Явление инжекции и инжектор.

3. Теплопередача. Теплопроводность. Стационарное и нестационарное температурное состояние тел. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.

Теплопроводность в стационарном состоянии в плоской и криволинейной однослойной и многослойной стенках. Конвекция. Закон Ньютона-Рихмана.

Коэффициент конвективной теплоотдачи. Теплообмен при вынужденном течении жидкостей и газов в трубах. Теплообмен при естественной конвекции.

Теплообмен излучением. Поглощение, отражение и пропускание лучистой энергии. Абсолютно черное тело. Излучательные свойства и основные законы излучения абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана. Радиационные свойства нечерных поверхностей. Степень черноты, поглащательная и отражательная способности. Закон Кирхгофа. Угловые коэффициенты излучения и их свойства. Виды тепловых потоков излучения. Излучение газов и паров. Теплообмен излучением в замкнутой системе, состоящей из двух поверхностей. Совместная теплопередача конвекцией и излучением из одной газовой среды в другую через разделительную плоскую или криволинейную стенку.

4. Теория нагрева материалов. Нагрев термически тонких тел. Нагрев термически массивных тел. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Граничные условия. Решения задач нагрева термически массивных тел с использованием метода тепловой диаграммы И.Д. Семикина. Коэффициент массивности тела.

5. Массообмен. Основные понятия о массообмене. Понятие о фазе системы. Массоотдача и массопередача. Абсорбция, адсорбция и десорбция.

Молекулярная диффузия в технологических процессах. Коэффициент диффузии. Турбулентная диффузия. Основные понятия и определения. Коэффициент турбулентной диффузии. Тройная аналогия в процессах переноса импульса, тепла и массы. Критерии подобия в процессах массопереноса. Диффузионные критерии Нуссельта (Шервуда), Прандтля (Шмидта), Пекле, Фурье, Грасгофа. Диффузионные процессы в металлургии и их роль в процессах производства чугуна, стали и проката.

6. Плавление и затвердевание тел. Твердое и жидкое состояние вещества. Кристаллическое и аморфное состояния твердых тел. Структура жидко го состояния вещества. Сравнение свойств веществ в твердом и жидком состояниях. Плавление тел с кристаллической и аморфной структурами. Температурные диаграммы плавления вещества с кристаллической и аморфной структурами. Теплота и температура плавления твердых веществ. Затвердевание вещества с кристаллической и аморфной структурами. Температурные диаграммы затвердевания. Понятия о теплоте и температуре затвердевания.

абораторные занятия Продолжитель№ занятия Название занятия ность (часов) Определение аэродинамических потерь 1. при изотермическом движении газа.

Определение коэффициента теплоотдачи 2. при свободном движении воздуха.

Индивидуальное задание (14 часов) Определение аэродинамических потерь давления в воздухопроводе и расчет горения топлива.

Контроль текущей работы студента осуществляется сдачей индивидуального задания преподавателю с обязательной его защитой. Итоговый контроль осуществляется приемом экзамена по теоретическому курсу.

Рекомендованная литература 1. Румянцев В.Д., Ольшанський В.М. Теплотехнка: Учбовий посбник/ Пд ред. В.Й.

Губинського.- Днпропетровськ.: Пороги, 2002. - 325 с.

2. Свинолобов Н.П., Бровкин В.Л. Теоретические основы металлургической теплотехники: Учебное пособие для вузов. - Днепропетровск: Пороги, 2002. - 226 с.

3. Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки в металлургии:

Учебн. пос./ М.П. Ревун, Б.Б. Потапов, В.М. Ольшанский, А.В. Бородулин.- Запорожье: ЗГИА.- 2002. - 443 с.

4. Расчеты нагревательных печей./ Под ред. Н.Ю. Тайца ЦК.: Технка, 1969. - 540 с.

5. Металлургическая теплотехника. Т. 1. Теоретические основы: Учебник для вузов/ Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. - М.:

Металлургия, 1986. - 592с.

2 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ФТЕПЛОТЕХНИКАФ Определение аэродинамических потерь давления в воздухопроводе и расчет горения топлива.

ЗАДАЧА 1. Определение аэродинамических потерь давления в воздухопроводе при движении воздуха от вентилятора к горелке.

Промышленная печь представляет собой совокупность рабочего пространства, в пределах которого осуществляется процесс нагрева металла, и оборудования, обеспечивающего его реализацию. Рабочее пространство печи представляет собой камеру, футерованную огнеупорной кладкой. В его объеме осуществляются процессы генерации теплоты, тепломассообмена, движения газов и материалов.

Для обеспечения протекания указанных процессов печь оборудуется:

- системой подвода топлива и воздуха к печи, которая включает сеть газо- и воздухопроводов, топливосжигающие устройства и дутьевое оборудование (вентиляторы или газовоздуходувки);

- системой отвода отработанных газов, которая включает сеть дымовых боровов, теплоутилизирующие аппараты и устройства для создания необходимого разряжения в рабочем пространстве печи (дымовые трубы и дымососы).

Выполнение расчетов газо- и воздухопроводов, а также дымового тракта при проектировании металлургических печей основано на законах механики газов. Расчеты сводятся к определению общих аэродинамических потерь давления топлива и воздуха в трубопроводах от цехового газопровода и вентилятора до горелок, общих аэродинамических потерь давления при движении продуктов сгорания по пути от рабочего пространства печи до дымовой трубы. По известному (или заданному) расходу воздуха и расчетному значению общих потерь давления в воздухопроводе производят выбор вентилятора. По известному (или заданному) расходу топлива и расчетному сопротивлению трубопровода определяют необходимое давление топлива в общецеховом трубопроводе. Определение высоты дымовой трубы или раз ряжения создаваемоемого дымососом связаны с проведением расчета сопротивления дымового тракта и расходом продуктов сгорания.

2.1 Теоретические основы расчета потерь давления В процессе установившегося движения несжимаемого изотермического газа происходит взаимное превращение различных видов энергии, присущих газу: энергии сжатия (статическое давление Pст), энергии движения газа как целого (динамическое давление Pдин), энергии положения (геометрическое давление Pгеом). По физическому смыслу давления Pст, Pдин, Pгеом, представляют собой энергию, заключенную в 1 м3 газа.

Сумму статического и динамического давлений при их измерении называют полным давлением Рполн = Рст + Рдин. (2.1) При движении газа из сечения в сечение согласно уравнению Бернулли:

Рст. + Рдин. +Ргеом. = Рст. + Рдин. +Ргеом. +Рпот ; (2.2) или 2 W W 1 Рст. + + g h1 = Рст. + + g h2 + Рпот. (2.3) 2 Потери давления Рпот складываются из потерь давления вследствие трения Рпот.тр и потерь давления на местных сопротивлениях Рпот.м.с Рпот = Рпот.тр + Рпот.м.с. (2.4) Энергия Рпот рассеивается в окружающую среду путем передачи теплоты от газа через стенки трубопровода. Потери давления пропорциональны динамическому давлению газа:

- потери давления на трение l l W Рпот.тр = Рдин =, Па (2.5) d d - потери давления на местных сопротивлениях Рпот.м.с = Рдин, Па. (2.6) Здесь - коэффициент потерь давления на трение; l - длина трубопровода, м;

d - диаметр трубопровода, м; W - средняя расходная скорость газа, м/с; - плотность газа, проходящего по трубопроводу кг/м3; - коэффициент мест ного сопротивления; g - ускорение свободного падения, м/с2; h = h1 - h2 - разность уровней трубопровода по вертикали, м.

В предлагаемом задании рассматривается движение воздуха по воздухопроводу от вентилятора к горелке. Расположение воздухопровода принято горизонтальным, поэтому h = 0, Ргеом = 0, Рполн = Рпот. Общие аэродинамические потери давления по трубопроводу находят как сумму потерь давления на трение и потерь на всех последовательно расположенных местных сопротивлениях: повороты, клапана, сужения, расширения. Целью расчета является: определение перепада полного давления по всей длине трубопровода Рполн и нахождение основных параметров работы вентилятора, способного создать необходимое полное давление. Полное давление на выхлопе вентилятора должно быть равно расчетному перепаду полного давления по длине трубопровода плюс полное давление газа в печи. В обычных условиях работы печей статическое давление в печи близко к нулю - Рст.печь 0. Динамическое давление газа на выходе из горелки учитывается в виде потерь давления на выходе из горелки и, таким образом, включается в величину Рполн. Тогда полное давление вентилятора будет равно:

Рполн.вен = Рполн, Па. (2.7) 1 Па =1 Н/м2; 1 мм вод.ст. = 9.8 Па.

На практике давление вентилятора рассчитывают с запасом на 20 %.

Рполн.вен = 1.2 Рполн, Па. (2.8) 2.2 Расчетные формулы и справочные данные 2.2.1 Скорость воздуха.

Среднюю расходную скорость воздуха W выбирают из соображений минимальной суммы затрат на строительство воздухопроводной системы и на ее эксплуатацию. Чем больше W, тем меньше диаметр труб и затраты на строительство. Но, с другой стороны, чем больше W, тем больше потери энергии на движение воздуха и затраты на электроэнергию, потребляемую двигателем вентилятора, на приобретение вентилятора с более мощным двигателем, их обслуживание и ремонт. Проектными нормами установлена оптимальная скорость W = 8 - 10 м/с для воздухопроводов с температурой воз духа от 0 до 200 С и W = 15 - 20 м/с - для воздухопроводов горячего дутья с температурой 200 - 600С.

2.2.2 Потери давления на трение.

Рпот.тр рассчитывается по формуле (2.5) с учетом зависимости Рдин от температуры воздуха l l W Рпот.тр = Рдин = (1+ t). (2.9) d d Опыты показывают, что при числах Re < 2300 движение жидкостей и газов носит ламинартый характер. Турбулентный режим устанавливается при Re > 3000, а хорошо развитая турбулентность наблюдается при Re 10000.

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 |    Книги по разным темам