CC BY
39
138/
inu г: г^гтггштптгг
3 (56), 2010-
The results of mathematical modeling of the cylindrical ingots heating processes in three-dimensional erection are given. This offers interest at carrying out of investigations on choice of technology of high-performance heating in thermal furnaces of machine-building production.
В. И. ТИМОШПОЛЬСКИЙ, И. А. ТРУСОВА, Д. В. МЕНДЕЛЕВ, БНТУ
УДК 669.04
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СТРУЙНОГО НАГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК В КАМЕРНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ
Математическая модель теплообмена в камерной нагревательной печи сводится к математической формулировке сопряженного теплообмена между дымовыми газами, футеровкой печи и нагреваемым металлом. В работе [1] приведена математическая модель нагрева цилиндрических заготовок в нагревательной печи камерного типа в двумерной постановке.
В данной статье в продолжение ранее выполненных исследований приведены результаты математического моделирования процессов нагрева цилиндрических заготовок в трехмерной постановке. Геометрические размеры рабочего пространства печи соответствуют камерной нагревательной печи ПВП-1 ГНУ «Институт тепло- и мас-сообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси» [2].
При моделировании был выбран режим, при котором работают только две скоростные короткофа-кельные горелки В1С 140. В качестве нагреваемых заготовок использовали три стальные заготовки (марка стали 35) диаметром 150 мм и длиной 730 мм. Заготовки размещаются на выкатном поду и помещаются в заранее прогретую печь до 1000 °С (время выхода на рабочий режим - 10 мин). Температура печи остается неизменной на протяжении всего времени нагрева.
Особенностью данной модели является то, что при моделировании использована конструкция щелевого пода с каналами, через которые дымовые газы с помощью дутьевого дымососа отводятся в рекуператор, установленный ниже уровня нижней точки печи. Дымовые газы под тягой дутьевого
/ТГГТГ^ г Г,г^ГГГГ7ГГГгГ /100
-3 (56), 2010/ 1иу
Рис. 2. Распределение скоростей дымовых газов на поверхности цилиндрических заготовок: а - верхняя цилиндрическая поверхность (выше уровня оси цилиндра); б - нижняя цилиндрическая поверхность (ниже уровня оси цилиндра); в - цилиндрические поверхности всех заготовок; г - левая цилиндрическая поверхность левой заготовки (левее оси цилиндра); д - правая цилиндрическая поверхность левой заготовки (правее оси цилиндра); е - левая цилиндрическая поверхность
центральной заготовки (левее оси цилиндра)
140
it«n м г: мтпглгита
3 (56), 2010-
Рис. 3. Температурное поле цилиндрической заготовки
дымососа омывают цилиндрическую поверхность заготовок и участвуют с ними в конвективном теплообмене.
Общий вид камерной печи и нагреваемых цилиндрических заготовок показан на рис. 1.
На рис. 2 приведено распределение скоростей дымовых газов на поверхности заготовок в различных проекциях.
При наличии всех проекций скоростей дымовых газов во всех точках поверхностей заготовок представляется возможным подобрать граничные условия конвективного нагрева для каждой заготовки. На рис. 3 в качестве примера дано температурное поле одной из заготовок при конвективном нагреве в течение 30 мин.
Анализ полученных результатов математического моделирования позволяет отметить следующее.
Результаты математического моделирования адекватно соответствуют экспериментальным исследованиям, которые проводились в ГНУ «Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси» на печи ПВП-1.
Получение численных результатов разработанной модели при различных вариантах установки горелок, размещения заготовок на поду и т. д. представляет интерес при проведении исследований по выбору технологии энергоэффективного нагрева заготовок в термических печах машиностроительного производства.
Литература
1. Т и м о ш п о л ь с к и й В. И., Т р у с о в а И. А., М е н д е л е в Д. В., Р а т н и к о в П. Э. Математическое моделирование процесса теплообмена в камерной нагревательной печи // Литье и металлургия. 2009. № 3. С. 317-320.
2. Расчет и конструирование современных газопламенных установок для нагрева и термообработки металла / В. И. Тимош-польский, А. П. Несенчук, И. А. Трусова и др. // Изв. вузов и энерг. объедин. СНГ. Энергетика. 2008. № 4. С. 34-43.
