Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Тепловой расчет фурмы для продувки металла в ковше - файл 1.doc


Тепловой расчет фурмы для продувки металла в ковше
скачать (116 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc116kb.18.12.2011 07:41скачать

содержание

1.doc

ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ЖИДКОЙ ВАННЕ ПРИ
ПРОДУВКЕ ЕЁ ГОРЯЧИМ ГАЗОМ.

Цель работы: Изучить процессы теплообмена между горячим
газом и холодной жидкой ванной.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В аппаратах с поверхностью контакта, образующейся в
процессе движения потоков, обычно возникает так называемый
барботажный слой, когда газ (пар), проходящий слой жидкости,
создает неоднородную газожидкостную систему. Процесс внедрения
газа в жидкость находит широкое применение в металлургической
теплотехнике. Существует два режима процесса: барботажный
(пузырьковый) и струйный (факельный). Для струйного режима
характерно:

а) расстояние между пузырями настолько мало, что они
сливаются в непрерывную струю;

б) скорость поднимающихся пузырей изменяется мало и
зависит от расхода газовой фазы, а траектория движения может
отклоняться от вертикали

в) диаметр пузырей, на которые распадается струя, зависит
от расхода газовой фазы, а их форма подвергается деформации.

При образовании цепочки шарообразных пузырей и при их
касании можно принять, что скорость образования пузырей будет
равна скорости отрыва предыдущего пузыря. На диаметр пузырей
практически не влияет диаметр отверстий барбортера и его свободное
течение (увеличение диаметра отверстий в 100 раз увеличивает
диаметр пузыря только в 2 раза).

При динамическом взаимодействии газа и жидкости
происходит дробление и коалесценция пузырей, вследствие чего в
барботажном слое образуются более устойчивые пузыри, размеры
которых не зависят от условий внедрения газа в жидкость. На основе
энергетического баланса двухфазной системы с использованием
принципов механики выведено уравнение для определения среднего
радиуса пузыря.

(1)

где W0 - скорость подъёма пузыря, м/с;

ξ - коэффициент сопротивления относительному движению пузыря;

g - ускорение силы тяжести, м/с2.

Коэффициент сопротивления определяется по графику
(рис.1). Для расчёта скорости подъема пузырей применимо уравнение:

; (2)

где: σж - поверхностное натяжение жидкости,

μж, ρж - вязкость и плотность жидкости.

На основе проведённых экспериментов С.С.Кутателадзе

показано, что существует аналогия процессов барботажа и кипения.

Поэтому уравнение теплоотдачи при кипении можно применять для

процесса барботажа.

Приближенная теория пузырькового кипения приводит к

следующему выражению интенсивности теплоотдачи.

; (3)

где b - эмпирический коэффициент, практически постоянный при
невысоких давлениях:

; (4)

ТS- средняя логарифмическая разность между температурой воздуха и
воды:
;

t2,tВ„ - начальные температуры газа и воды;

tВ΄ - конечная температура воды.

Но так как в этой работе изменение в разнице температур
начальной и конечной небольшие, то можно принять

ТS = 273°+(t2-tВ);

λж - теплопроводность жидкости в СИ;

υж - кинематическая вязкость в СИ;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией можно определить
из уравнений:

При Re < 35 Nu=2+0,16Re2/3

При Re > 35 Nu=0,62Re0,5 (5)

где ; ;

αГ и λГ - коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности
газа.

Для определения итоговой температуры жидкости,
необходимо знать, сколько теплоты передано пузырьками при
барботаже за время t.

Q=S*t*q,

где S - площадь поверхности пузырей, находящихся в
жидкости в течение 1 сек.

q- интенсивность теплообмена, Вт/м2

Зная количество переданной теплоты пузырьками
жидкости, можно определить, на сколько изменится температура
жидкости за время t.

(7)
^ ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Установка (рис. 4) состоит из сосуда 1 с водой (заданным
преподавателем). Вода продувается горячим воздухом через
погруженную фурму 2. Температура воздуха измеряется
термометром 3. Расход газа определяется воздуходувкой 4.
Температура воды измеряется термометрами 5, 6, 7 по сечению и
глубине жидкости. Осреднение температуры по сечению. При
прохождении газа с помощью шлангов 8 через нагреватель 10, газ
нагревается, а затем отдаёт теплоту воде. Пусть через элементарную
площадку dF в единицу времени поток газа и жидкости переносит


количество теплоты:

dQ = CpρTW0dF;

Тогда количество теплоты переносимое через поперечное
сечение в единицу времени определится как:

;

Разделив это выражение на:

получим ;

Величину Tcp называют средней (по энтальпии)

температурой жидкости. При постоянстве свойств жидкости
соотношение упростится: ;

F - площадь поперечного сечения канала, м2;

Т - температура в каждом элементе сечения, град;

V- объемный расход жидкости, м3/с;

W0 - скорость газожидкостной смеси.

Если скорость по сечению одинакова или равна нулю, то; осреднение по длине. Если температура меняется не только по сечению, но и по длине, то необходимо
производить её осреднение и по длине. Пусть Т1 - средняя температура
в сечении на уровне струи, Т2 -температура у поверхности жидкости
по сечению. Тогда температура по длине может быть определена по

формуле:



Если температура потока изменяется в небольших
пределах, то среднюю температуру определяют как среднее
арифметическое средних по сечению температур на уровне струи и у
поверхности.


Воздух, проходя из воздуходувки через нагревательный
элемент 8, нагревается и под давлением истекает в жидкость. При этом
необходимо, чтобы был организован струйный режим продувки.
Барботируя ванну, горячий воздух нагревает жидкость.
^ ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Установить фурму для продувки жидкости так, чтобы её
сопло было на расстоянии не менее 5 см от дна сосуда. Замерить
температуру жидкости по сечениям и по высоте сосуда. Включить
нагреватель. Через одну минуту включить воздуходувку, при этом
заметить время. Измерить температуру горячего воздуха через каждые
5 минут, в течение 30 минут измерять температуру по объему
жидкости, при этом, не меняя расхода воздуха.
^ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

После проведения эксперимента отключить нагреватель
и воздуходувку. Поднять осторожно фурму из жидкости. Записать
экспериментальные показания в таблицу.
Таблица 5.

время,
сек

Измерение температуры

Расход
газа

м3

t, газа

По сечению

По высоте

t1

t2

tср

t3

t4

tср

0



300



600



900



1200



1500



1800





Провести расчет средней температуры по сечению и высоте сосуда для разных периодов времени.
Диаметр продувочного сопла измерить

Определить скорость движения пузырей, образующихся
при распаде струи по формуле (2)

Определить возможный радиус пузырей по формуле (1).

Используя систему формул (1-6) рассчитать коэффициент
теплоотдачи конвекцией а

Зная α и вычисляя эмпирический коэффициент b по
формуле (4), определить интенсивность теплоотдачи из формулы (3).

Считая, что газовая струя дробится на пузыри, радиус
которых уже определён, можно рассчитать площадь поверхности
контакта пузырей в секунду (считая, что пузыри имеют форму S = 3V/r
сферы). Применяя формулы (6) и (7), рассчитать какова должна
быть температура жидкости при продувке её горячим газом. Все
расчеты свести в таблицу.

Таблица 6.

Время 1.
сек

tгаза

tср

b

α

g

W0

r

S

tв́

0



300



600



900



1200



1500




Определить погрешности.

Выводы по работе:

От чего и как зависит температура барботируемой жидкости?
Сравнить экспериментальные и расчетные данные. Построить
зависимость: tB΄=f(q,t)

^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Методы обобщения опытных данных при барботаже
ванны.

2. Факторы, влияющие на интенсивность теплообмена.

3. Зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости
теплоносителя.

ЛИТЕРАТУРА

1.Теплофизика металлургических процессов, Б.С. Мастрюков,

Г.С. Сборщиков. Издательство " Металлургия" 1993 г., 314 с.


Скачать файл (116 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации