Разработка математической модели термической печи с подовыми каналами и численное исследование параметров ее работы
Г.А. Перевезенцев, В.А. Горбунов, О.Б. Колибаба
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 4, сс. 22—30
Скачать PDF
Состояние вопроса. Основным звеном металлообрабатывающей, машиностроительной и других отраслей промышленности являются нагревательные и термические печи. Массив заготовок, загружаемых в печь, представляет собой насыпные садки, характеризуемые различными параметрами. Существующие конструкции нагревательных печей имеют ряд недостатков, одним из которых является отсутствие фильтрации теплоносителя в вертикальном направлении. Такой особенностью обладает разработанная конструкция садочной печи с подовыми каналами. Целью работы является разработка и исследование параметров математической модели процесса нагрева насыпной садки в термической печи с подовыми каналами.
Материалы и методы. Описана и исследована математическая модель садочной термической печи, оборудованной специальными подовыми каналами. Модель насыпной садки построена на основе фрактальной структуры, в частности губки Менгера. Для решения задачи по определению температурного поля насыпной садки используется численный расчет теплообмена на основе конечно-разностного метода, называемого также методом сеток.
Результаты. Предложена новая конструкция садочной печи с подовыми топками. В результате математического моделирования процесса нагрева получена графическая зависимость, отражающая температурное поле насыпной садки на поверхности и в тепловом центре. Проведено сравнение температурного режима нагрева садки при обычных условиях и при организации дополнительной фильтрации теплоносителя через каналы из подовых топок в подину печи.
Выводы. Достоверность результатов обеспечивается согласованием результатов численного моделирования с результатами физического эксперимента. Погрешность составляет не более 10 %. Повышение эффективности работы термической печи достигается за счет организации дополнительной фильтрации теплоносителя через специальные каналы в поду печи. Полученная математическая модель может быть использована для расчета различных тепловых режимов нагрева в садочных печах и разработки технологических карт нагрева садок с различным значением порозности.
1. Пористость // Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 4 т. – СПб., 1907–1909.
2. Определение эффективных теплофизических свойств насыпных садок. Металлургические печи / А.У. Пуговкин, О.Б. Крылова, В.И. Становой, А.А. Буйлов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 1987. – № 10. – С. 105–107.
3. Волков Д.П., Дульнев Г.Н. Тепло- и массоперенос в нефтеносных грунтах // Инженерно-физический журнал. – 1986. – Т. 50, № 6. – С. 939–946.
4. Леонтьев Н.Е. Основы теории фильтрации. – М.: Изд-во ЦПИ при механико-математическом факультете МГУ, 2009. – С. 24–29.
5. Рудых О.Л. Расчет тепло- и массопереноса в пористых телах методом конечных элементов // Инженерно-физический журнал. – Т. 42, № 6. – С. 1026–1029.
6. Ребиндер П.А., Щукин Е.Д., Марголис Л.Я. О механической прочности пористых дисперсных тел // ДАН. – 1964. – Т. 154, № 3. – С. 695–698.
7. Гусенкова Н.П., Крылова Л.С., Коротин А.Н. Численное исследование процесса теплоомена в пористом теле при фильтрации теплоносителя // Сб. науч. тр. Государственной металлургической академии Украины (Энергетика. Металлургия): в 2 т. Т. 2. – Днепропетровск: ГметАУ, 1999. – С. 154–157.
8. Пелевин Ф.В., Пономарев А.В. Эффективность теплообмена в пористых сетчатых металлах при двумерном движении теплоносителя // Тепловые процессы в технике. – 2014. – № 1.
9. Федосеев С.В., Горбунов В.А. Использование фрактальной геометрии при создании моделей установки фильтрации ТБО в пакете Ansys // Вестник ИГЭУ. – 2015. – Вып. 7.
10. Бровкин Л.А., Гусев В.А. О краевых условиях в процессах сушки фильтрацией теплоносителя // Известия вузов. Энергетика. – 1983. – № 5. – С. 79–82.
11. Пат. на изобретение РФ №139405. Проходная термическая пламенная печь / В.А. Горбунов, О.Б. Колибаба, Г.А. Перевезенцев, М.Г. Сулейманов; заявл. 04.12.2013; зарегист. 17.03.2014.
12. Перевезенцев Г.А., Горбунов В.А., Колибаба О.Б. Метод фрактального моделирования насыпной садки при ее нагреве в термической печи // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». – 2017. – № 1. – С. 84–87.