![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основные понятия. Саратовский государственный технический университетСтр 1 из 2Следующая ⇒
Саратовский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА ИЗДЕЛИЙ В МУФЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Методические указания к выполнению лабораторной работы 3 по курсу «Электротермические установки и системы» для студентов специальности 180500
Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета
Саратов 2006 Цель работы: экспериментально изучить технологию обработки материалов в муфельной электропечи сопротивления; произвести тестирование муфельной электропечи сопротивления на прогар футеровки.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
В различных технологических процессах используются нагрев изделий и выдержка при заданной температуре в течение определенного времени. При небольшом количестве нагреваемых материалов и изделий применяются лабораторные электрические печи сопротивления. Чаще всего в лабораториях применяют трубчатые, шахтные (тигельные) и муфельные печи. В таких печах на керамическую трубку или муфель (шамотные, а для более высоких температур– корундовые) наматывается проволока или лента нагревателя, и все помещается в кожух с насыпной изоляцией [1]. Для того чтобы нагреватель не сдвигался при расширении от нагрева и не происходило витковых замыканий, муфель делают с винтовыми канавками, в которые и закладывается проволока. Другой способ закрепления проволоки заключается в обмазке муфеля поверх нагревателя слоем шамотного раствора. В печах такого типа нагреватель отделен от рабочего пространства стенкой муфеля. Это имеет свои преимущества, т.к. нагреватель получается защищенным как от механических, так и от химических воздействий, при этом обеспечивается защита от замыкания витков нагреваемыми деталями. Вместе с тем, между нагревателем и рабочей камерой образуется температурный перепад в 150-200 0С, обусловленный тепловым сопротивлением стенки муфеля. Т.к. мощность лабораторных печей невелика и нагреватели в них выполняются из проволоки и ленты небольших сечений, нормально такие печи могут работать на нихроме до температур 800-9000С. В печах сопротивления могут нагреваться как тонкие, так и массивные изделия. Время нагрева для тонких и массивных изделий определяется по-разному. Теплотехническим будем называть изделие, скорость нагрева которого практически не отличается от скорости нагрева изделия из материала с бесконечно большой теплопроводностью, у которого внутренний перепад температур всегда близок к нулю. Изделия, при расчете которых нельзя пренебречь внутренним перепадом температур, будем называть массивными. Степень массивности тела зависит не только от его толщины, но и от его теплопроводности (чем больше коэффициент теплопроводности, тем меньше внутренние перепады температур), коэффициента теплоотдачи на его поверхности (от значения последнего зависит наружный перепад температур), а следовательно, и от температуры печи, определяющей собой коэффициент теплоотдачи. С учетом этого степень массивности тела может быть характеризована числом Bi, выражающим собой отношение внутреннего термического сопротивления к внешнему [1].
На рис. 1 показаны графики нагрева изделий в печи периодического действия при постоянной температуре печи.
Рис. 1. График нагрева изделий в печи периодического действия при постоянной температуре печи: а) тонкие изделия; б) массивные изделия
Рассмотрим нагрев изделия, имеющего форму параллелепипеда, в муфельной печи при постоянной температуре печного пространства ТЖ (рис. 2)
Рис. 2. Нагреваемое тело в форме параллелепипеда Предположим, что в начальный момент времени (τ = 0) все точки параллелепипеда имеют одинаковую температуру Т0. Материал параллелепипеда однородный и изотропный. Дифференциальное уравнение теплопроводности для параллелепипеда имеет вид [2]:
где Т(x, y, z, τ) – функция температур; x, y, z – декартовы координаты; τ – время; а – коэффициент температуропроводности. При заданных условиях задача симметрична относительно центра параллелепипеда. Введя обозначение υ =Т-Тж, запишем граничные условия при τ > 0:
а) для наружной поверхности
б) в центре параллелепипеда
где α – коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности. Как известно, искомую функцию можно представить как произведение безразмерных функций температур:
где – функции температур, каждую из которых можно написать на основании решения для неограниченной пластины толщиной δ x, δ y, δ z соответственно [2]. Решение задачи для рассматриваемого тела конечных размеров сводится к определению поля температур для безграничной пластины конечной толщины. Уравнение (5) можно представить в виде:
где
В случае нагрева тел сложной формы расчет полей температур проводится с помощью численных методов [3]. В данной работе предполагается экспериментальное исследование нагрева и остывания заготовки в муфельной печи при помощи термоэлектрических датчиков (термопар), расположенных в различных точках изделия, а также в разных точках на кожухе печи. Задачей проводимых исследований является сопоставление распределений температур в изделии полученных теоретически, с помощью аналитических формул или численных методов, с экспериментальными данными.
|