УДК 669.041

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Кафедра “Технічна теплофізика”

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

З ТЕПЛОТЕХНІКИ

(для студентів груп ОМТ, МКМ)

Розглянуто і затверджено на

засіданні кафедри «Технічна

теплофізика»,

протокол № 3 від 02.11.2009

Затверджено на засіданні

учбово-видавничої Ради

ДонНТУ,

протокол № 1 від 01.03. 2010.

Донецьк - 2010

УДК 669.041

Методичні вказівки до виконання курсової роботи з «Теплотехніки»/Волкова О.Г.− Донецьк: Доннту, 2010. − 49 с.

Методичні вказівки містять вимоги до оформлення курсової роботи, структуру пояснювальної записки, приклад розрахунку горіння газоподібного палива, методику розрахунку динаміки нагрівання металу в печах безперервної і періодичної дії, а також методику розрахунку охолодження металу під час транспортування від нагрівального пристрою до прокатного стану. У додатках приведений довідковий матеріал.

Укладач

старший викладач О.Г.Волкова

Рецензент, канд.техн.наук, Д.І.Пархоменко

доцент

© Донецький Національний Технічний Університет, 2010

ЗМІСТ

1 ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ

Курсова робота має своєю метою розширити і закріпити теоретичні і практичні знання при вивченні дисципліни «Теплотехніка».

Усі технічні рішення студент приймає самостійно. За прийняті рішення і правильність обчислень відповідає автор роботи.

2 ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ

Завдання на проектування видається керівником роботи, містить необхідні вихідні дані, завдання і графік виконання. Вихідні дані приведені в додатках А, Б, В.

3 ЗМІСТ І ОФОРМЛЕННЯ ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ

КУРСОВОЇ РОБОТИ

3.1 Загальні вимоги

Основні положення цих вимог: чіткість побудови, логічна послідовність викладу матеріалу; переконливість аргументації; стислість і точність формулювань, що виключають можливість суб’єктивного і неоднозначного тлумачення; конкретність викладу отриманих результатів.

Курсова робота повинна бути написана державною мовою і виконуватися з використанням одиниць СІ.

Обсяг пояснювальної записки курсової роботи, що рекомендується, – до 30 сторінок рукописного тексту.

Текстова частина виконується на аркушах односортного білого папера формату А4 (210х297 мм) за ДСТ 2.301. При необхідності допускається використання аркушів формату А3 (297х420 мм).

Текст повинний бути видрукуваний машинописним (машинним) способом чорним кольором чи написаний від руки чітким почерком чорнилом чи пастою чорного, синього чи фіолетового кольору. Текст розташовується на одній стороні листа. Висота букв повинна бути не менш 2,5 мм (при роздруківці на принтері – не менш 1,8 мм).

На аркушах «РЕФЕРАТ» і «ЗМІСТ» робляться рамки й основні написи (див. додатки Г і Д).

На всіх наступних аркушах пояснювальної записки обсягом до 40 сторінок виконуються рамки й основні написи з проставленням номера листа і загальної їхньої кількості. Розміри полів рамки: лівого – 20 мм, правого, верхнього і нижнього – 5 мм.

У пояснювальній записці обсягом понад 40 сторінок такі рамки не виконуються. У цьому випадку при написанні (друкуванні, у тому числі на принтері) тексту оставляються поля: ліве, верхнє і нижнє – не менш 20 мм (рекомендується ліве поле залишати розміром 30 мм), праве – не менш 10 мм. Текст на листі з рамкою розташовується не ближче 5 мм від рамки на початку рядків і не ближче 3 мм наприкінці рядків. Відстань від верхнього і від нижнього рядка до рамки не менш 10 мм. Відстань між останнім рядком тексту і наступним заголовком не повинна перевищувати 15 мм. Відстань між підставами рядків рукописного тексту повинна бути у відповідності з інтервалами між рядками трафарету, тобто 8 − 12 мм, при друкуванні тексту на друкарській машинці – 1,5 інтервалу, при роздруківці на принтері – з розрахунку не більш 40 рядків на сторінці за умови рівномірного її заповнення. Абзац у тексті варто починати відступом у 15–17 мм від рамки (п’ять ударів друкарської машинки).

Не допускається написання тексту різними по кольору чорнилами (пастою). Допускаються окремі частини пояснювальної записки, за узгодженням з керівником, виконувати різними способами – рукописним, машинописним чи машинним.

Вписувати в машинописний текст окремі слова, формули, умовні знаки допускається тільки чорним чорнилом чи тушшю, при цьому щільність уписаного тексту повинна бути наближена до щільності основного тексту.

Помилки, описки і графічні неточності, виявлені в процесі виконання роботи, допускається виправляти підчищенням чи зафарбовуванням спеціальними засобами (наприклад, штрихом). Дозволяється закреслити невірний текст однією рисою.

Слова, надруковані на окремому рядку прописними буквами («РЕФЕРАТ», «ЗМІСТ», «ВСТУП», «ВИСНОВКИ», «ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ»), повинні служити заголовками відповідних структурних частин пояснювальної записки.

Заголовки структурних частин пишуться симетрично тексту з відстанню до наступного тексту рівною 3 − 4 інтервалам (15 − 17 мм). Переноси слів у заголовках не допускаються, крапка наприкінці не ставиться. Підкреслювати заголовки не допускається.

Структурні частини починають з нового листа, їхні заголовки не нумерують. Сторінки нумеруються арабськими цифрами. Нумерація сторінок наскрізна по всій пояснювальній записці. Титульний лист і завдання не нумеруються, але входять у загальне число сторінок. Якщо сторінка має рамку з основним написом (див. додатки Г, Д), то номер сторінки проставляється в правому нижньому куті. В усіх інших випадках номер сторінки проставляється в правому верхньому куті. Пропуски в нумерації сторінок і літерні додавання (наприклад, 2а, 3а, 3б) не допускаються. Обкладинка пояснювальної записки повинна бути виконана з щільного білого папера. Усі сторінки пояснювальної записки повинні бути скріплені степлером чи плетінням.

3.2 Складові частини

Пояснювальна записка повинна містити: титульний лист, завдання на проектування, реферат, зміст, вступ, основну частину, висновки, перелік посилань, додатки (якщо є необхідність).

3.3 Титульний лист

Приклад оформлення титульного листа курсової роботи приведений у додатку Е. Усі написи на титульному листі повинні виконуватися тушшю чи чорним чорнилом (пастою) креслярським шрифтом за ДСТ 2.304. Допускається оформлення титульного листа із застосуванням текстового редактора на ПЕОМ. Написи на титульному листі допускається розташовувати в будь-якім положенні, що прийнятно з естетичної точки зору. При цьому можуть бути використані різні шрифти. Переноси слів на титульному листі не допускаються, не дозволяється також поміщати на ньому рисунки, віньєтки, фотографії, ставити крапки наприкінці фраз. Зверніть увагу, що ініціали ставляться перед прізвищем, і що внизу сторінки ставиться тільки рік випуску, а слова: «Донецьк» і «рік» не пишуться.

Усім студентським роботам привласнюється позначення у виді набору букв і цифр, розділених крапками. Необхідно дотримувати наступну структуру позначення документів:

ХХХХХХ. ХХ. ХХ. ХХХХХ

1 2 3 4 5 6

Позиції, позначені цифрами, мають наступний зміст:

1 – індекс форми навчання автора роботи (1 символ);

2 – шифр спеціальності автора роботи (5 символів);

3 – шифр факультету (2 символи);

4 – шифр кафедри (2 символи);

5 – шифр номера залікової книжки (3 символи);

6 – індекс виду документа (2 символи).

Індекс форми навчання студента складається з літерного позначення:

Д – денна форма навчання (стаціонар);

В – вечірня форма навчання;

З – заочна форма навчання;

Шифр спеціальності автора роботи містить п’ятизначне цифрове позначення і збігається з п’ятьма останніми цифрами номера спеціальності, за якою він навчається:

Шифр фізико-металургійного факультету – 49.

Шифр заочного факультету – 55.

Шифр кафедри «Технічна теплофізика» − 06.

У поле номера залікової книжки проставляються три його останні цифри.

Індекс виду документа складається з двобуквенного позначення. Для курсової роботи – це КР.

Приклад позначення курсової роботи, виконаної студентом фізико-металургійного факультету групи ОМТ денної форми навчання, у якого останні три цифри залікової книжки 628. Курсова робота буде захищатися на кафедрі «Технічна теплофізика» фізико-металургійного факультету: Д 050401.49.06.628 КР.

3.4 Завдання на виконання курсової роботи

Завдання на виконання курсової роботи повинне бути виконане на бланку чи без нього і містити: тему роботи; вихідні дані для розробки; обсяг виконуваної роботи; дату видачі завдання; дату закінчення (захисту) роботи. Приклад заповнення завдання приведений у додатку Ж.

3.5 Реферат

Реферат повинний містити зведення про обсяг роботи, кількості ілюстрацій, таблиць, додатків, використаних джерел, на які дані посилання в тексті (включаючи дані додатків); текст реферату і перелік ключових слів. Обсяг тексту реферату – близько 500 знаків (0,5 с.). Текст реферату повинний відбивати: об’єкт дослідження чи розробки; мету роботи; методи дослідження; отримані результати.

Перелік ключових слів повинний містити від 5 до 15 слів (словосполучень) у називному відмінку, надрукованих у рядок через коми. Ключові слова повинні характеризувати основний зміст роботи. Кожне слово повинне виражати окреме поняття, що істотно для розкриття змісту тексту (ключові слова в сукупності повинні поза контекстом давати досить повне уявлення про зміст роботи). Перед переліком напис «Ключові слова» не робиться. Ключові слова друкуються прописними буквами. Приклад виконання реферату приведений у додатку Г.

3.6 Зміст

Зміст включає найменування всіх розділів, підрозділів і пунктів (якщо вони мають заголовки) із указівкою номерів сторінок, на яких розташовується початок матеріалу розділів (підрозділів, пунктів). Найменування, включені в зміст, пишуться малими літерами, починаючи з прописної. Підкреслення найменувань у змісті не допускається. У роботі обсягом менш 10 сторінок, що складається з одного розділу, зміст не обов’язковий. Приклад виконання змісту роботи приведений у додатку Д.

3.7 Вступ

У вступі необхідно описати тепловий і температурний режими нагрівальних печей безперервної і періодичної дії; призначення кожного періоду (зони) нагрівання.

Заголовком повинне служити слово «ВСТУП», написане на окремому рядку прописними буквами.

3.8 Основна частина

Основна частина пояснювальної записки по своїй структурі і змісту повинна відповідати вимогам методичних указівок по виконанню конкретної курсової роботи.

Увага! Номера розділів, підрозділів, пунктів дивись у змісті (Додаток Д).

Текст основної частини роботи розділяється на розділи, підрозділи і пункти. Розділи повинні мати порядкову нумерацію арабськими цифрами в межах всієї основної частини, підрозділи – у межах розділів, пункти – у межах підрозділу. За номерами розділів крапка не ставиться. За номерами підрозділів і пунктів ставлять крапку, крім останнього номера рубрикації, наприклад: 4.1, 4.1.4 і т.д. Пункти при необхідності можуть бути розбиті на підпункти в межах кожного пункту: 4.1.4.1, 4.1.4.2 і т.д.

Слова «глава», «параграф» у тексті й у змісті не допускаються.

Заголовки розділів записують симетрично тексту прописними буквами з відстанню до наступного тексту рівною 3 − 4 міжстрочним інтервалам. Інтервал між рядками заголовка, а також між двома (чи більш) послідовними заголовками приймається таким же, як у звичайному тексті. Заголовки підрозділів записують з абзацу малими літерами (перша – прописна). Крапку наприкінці заголовків не ставлять, переноси і підкреслення слів у заголовках не допускаються. Якщо заголовок складається з двох речень, їх розділяють крапкою.

Розділи основної частини рекомендується починати з нового листа, але допускається також починати їх на листі, на якому закінчується попередній розділ.

Не допускається записувати заголовок на одному листі, а текст – на іншому після заголовка наприкінці сторінки чи розміщати тільки один рядок тексту.

Пункти і підпункти основної частини можуть не мати назви, у цьому випадку розбивка тексту повинна мати чітку значеннєву необхідність.

Інтервали величин у тексті записуються у виді «від» «до» чи через тире.

Вище і нижче кожної формули оставляється не менш одного вільного рядка, що відокремлює її від тексту.

Формули нумеруються арабськими цифрами в межах розділу. Номер складається з номера розділу і порядкового номера формули в розділі, розділених крапкою, і вказується на рівні формули в круглих дужках у крайнім правому положенні на рядку. Наприклад, третя формула другого розділу: (2.3).

Після формули, записаної в загальному виді, у її в тім же порядку підставляють числові значення вхідних параметрів і приводять результат обчислень з обов’язковою вказівкою розмірності отриманої величини. Розрахунок по формулі можна також робити з посиланням на неї (якщо сама формула приведена вище). Наприклад: «…розрахунок часу нагрівання виробляється по формулі (2.3):

t = 0,42×7800×120×10³/(2×12000×3600) = 4,55 години».

При друкуванні на машинці не допускається частину символів у формулі друкувати, а частину – вписувати від руки.

Рисунки розташовують після першого посилання на них у тексті чи на наступній сторінці. Вони повинні бути розташовані так, щоб їх було зручно розглядати без повороту записки, чи, якщо рисунок виконаний на окремому листі, з поворотом по годинній стрілці. Рисунки виконують на міліметровому папері формату А4 олівцем. Допускається виконувати рисунки на аркушах формату А3, причому кожний з таких аркушів враховується як одна сторінка. Рисунки розміром менше формату А4 повинні бути наклеєні на аркуші білого папера формату А4.

Рисунки повинні мати назву. Усі рисунки позначають словом «Рисунок» і нумерують у межах розділу арабськими цифрами. Номер складається з номера розділу і порядкового номера рисунка, розділених крапкою: «Рисунок 4.1 − Температурна діаграма процесу нагрівання металу в печі періодичної дії».

На графіках, виконаних на аркушах пояснювальної записки, як правило, повинна будуватися координатна сітка. Якщо графік виконаний на міліметровому папері, сітка не будується. Стрілки на осях не ставлять. Символ і літерне позначення одиниці величини пишуть над числами шкали осі ординат і під віссю абсцис, праворуч, замість останнього числа шкали. Написи, як правило, не повинні виходити за межі графіка.

Таблиці (навіть якщо вона одна в документі) нумерують арабськими цифрами в порядку появи в межах усього розділу, за винятком таблиць, що приводяться в додатках. Номер таблиці складається з номера розділу і порядкового номера таблиці, розділених крапкою, наприклад, таблиця 5.6 – шоста таблиця п’ятого розділу.

Таблиця повинна мати назву, що пишеться малими літерами (крім першої прописної) і міститься над таблицею з абзацу. Назва таблиці виділяється вільним рядком між текстом і назвою таблиці. Після таблиці оставляється вільний рядок. Таблицю поміщають після першого згадування про неї в тексті чи на наступній сторінці таким чином, щоб її можна було читати без повороту записки чи з поворотом по годинній стрілці. Рекомендується на початку кожного розділу поміщати таблицю з вихідними даними (з додатків А, Б, В). Наприклад, по середині першого рядка сторінки міститься назва розділу (великими літерами): 2 РОЗРАХУНОК ДИНАМІКИ НАГРІВУ МЕТАЛУ В ПЕЧАХ ПЕРІОДИЧНОЇ ДІЇ (між цифрою 2 і назвою розділу, а також наприкінці назви розділу крапка не ставиться). Далі оставляються два вільні рядки. На наступному рядку пишеться посилання на таблицю: «Вихідні дані представлені в таблиці 2.1 (1, с. 45).». Пропускається рядок і пишеться з абзацу назва таблиці: «Таблиця 2.1 − Вихідні дані». Далі міститься таблиця вихідних даних, що відповідають даному розділу (стовпчики 1, 2, 3, 5, 6, 7, 12 додатка В).

Висота рядків повинна бути не менш 8 мм.

Посилання в тексті на джерела інформації вказують у порядку їхньої появи у виді номера, що проставляється в квадратних дужках: [24]. Нумерація посилань по всьому документі повинна бути наскрізною.

3.9 Висновки

Висновки можуть приводитися в кожнім з розділів основної частини текстового документа (у цьому випадку вони включаються в рубрикацію цієї частини, тобто їм привласнюється номер, наприклад, підрозділу). В обов’язковому порядку в текстовий документ включаються висновки по всій роботі, оформлювані як структурний елемент. В останньому випадку їх розміщають після викладу основної частини на новій сторінці.

Висновки повинні містити результати роботи з усіх розділів (горіння палива, динаміки нагріву металу в печах періодичної і безперервної дії, охолодження металу). Текст висновків може бути розділений на пункти. Наприклад: «1. У розділі 1 виконаний розрахунок горіння коксо-доменої суміші з =6280 кдж/м³. Дійсна витрата повітря при a=1,2 склала L_Д= 1,429 м³/м³. Витрата продуктів згоряння − V_Д =2,259 м³/м³. Калориметрична температура горіння − t_К =2144°С. Коефіцієнт використання тепла палива h =0,603.

2. У розділі 2 виконаний розрахунок динаміки нагріву зливків розміром 660´660´1660 мм зі сталі У8 у нагрівальному колодязі від початкової температури 60°С до кінцевої температури поверхні 1150°С. Режим нагрівання складається з двох періодів: І період здійснюється при q=const, II період − при t_ПЕЧ =const. Час нагрівання склав 7,68 годин.» і т.д.

3.10 Перелік посилань

У перелік посилань включаються літературні й інші джерела інформації, на які зроблені посилання в пояснювальній записці. Перелік посилань складається у тому ж порядку, у якому вони вперше згадуються в текстовому документі, тобто порядкові номери бібліографічних описів джерел є номерами посилань на них у тексті.

Посилання представляються мовою оригіналу і повинні включати: прізвище та ініціали автора, назву книги, місце видання, видавництво і рік видання, обсяг у сторінках. Наприклад:

1.
Методичні вказівки до виконання курсової роботи з «Теплотехніки» / О.Г.Волкова − Донецьк: Доннту, 2010. − 49 с.

2. Казанцев Е.И. Промышленные печи. – М.: Металлургия, 1975. – 368 с.

3.11 Додатки

У додатки варто включати допоміжний матеріал, що в основній частині роботи захаращує текст.

До допоміжного матеріалу відносяться: проміжні математичні викладення і розрахунки; таблиці допоміжних цифрових даних; ілюстрації допоміжного характеру; протоколи й акти іспитів.

Додатки оформлюють як продовження основної частини текстового документа, розташовуючи їх на наступних сторінках у порядку посилань на них у тексті. Нумерація сторінок додатків продовжує нумерацію сторінок основної частини пояснювальної записки.

На всі додатки в основній частині повинні бути зроблені посилання, а в змісті перераховані всі додатки з указівкою їхніх позначень і заголовків.

Кожен додаток починають з нової сторінки з указівкою вгорі симетрично тексту на сторінці слова «Додаток» малими літерами, (перша – прописна) і позначення додатка.

Додатки позначаються в порядку проходження прописних букв українського алфавіту (за винятком букв Ґ Є, З, І, Ї, Й, О, Ч, Ь), наприклад: «Додаток А», «Додаток Б». При наявності в текстовому документі тільки одного додатка він також повинен мати позначення.

Під позначенням додатка симетрично тексту на сторінці малими літерами (перша – прописна) розміщається змістовний заголовок додатка.

Рисунки, таблиці і формули, поміщені в додатку (навіть якщо вони в одиничному екземплярі), нумерують арабськими цифрами в межах додатка, наприклад: «Рисунок В.1» − перший рисунок додатка В; «Таблиця Д.2» − друга таблиця додатка Д; формула (А.1) – перша формула додатка А.

4 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ PОБОТИ

Студенту пропонується виконати:

1.
Розрахунок горіння палива.

2. Розрахунок нагрівання металу в печах періодичної і безперервної дії за інженерною методикою.

3. Розрахунок охолодження металу під час транспортування від нагрівального пристрою до прокатного стану.

4.1 Розрахунок горіння палива

Загальні положення

Розрахунок горіння палива є основою теплового розрахунку при проектуванні печі.

Розрахунком горіння визначаються кількість, склад і густина палива, повітря (кисненосія) і продуктів горіння; температура горіння, коефіцієнт використання тепла палива.

Розрахунок витрати палива, кисненосія і продуктів горіння заснований на рівняннях хімічних реакцій окислювання пальних компонентів:

С+0,5О₂=СО₂; Н₂+0,5О₂=Н₂О; СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О; С₂Н₄+3О₂=2СО₂+2Н₂О.

Горіння палива в металургійних печах відбувається, як правило, в атмосфері газоподібного окислювача (кисненосія), що представляє собою суміш кисню, азоту і водяної пари (змістом інших компонентів, таких як, СО, СО₂ звичайно зневажають). Кількість кисненосія і продуктів горіння залежить, за інших рівних умов, від співвідношення обсягів азоту і кисню

K_В=N₂/O₂,

де N₂,O₂ − відповідно вміст азоту і кисню в кисненосії, виражений в об’ємних відсотках.

Якщо в сухому кисненосії вміст O₂>21%, він являє собою повітря, збагачене киснем. Збагачення киснем повітря сприяє підвищенню температури горіння і коефіцієнта використання тепла палива (КВП).

Розрахунок температури горіння ведеться на основі теплового балансу процесу горіння, розрахунок КВП – на основі теплового балансу печі.

Вихідні дані для розрахунку приведені в Додатку А, склад сухих газів − у Додатку Б. Нижче приводяться методика, схема і приклад розрахунку горіння газоподібного палива.

Схема і приклад розрахунку горіння газоподібного палива

Вихідні дані:

Вид палива – суміш коксового і доменного газів з теплотою згoряння = 6280 кдж/м³.

кисненосій: повітря, збагачене киснем O₂ = 25%.

Коефіцієнт витрати повітря a = 1,2.

Температура:

газу t_Г = 550°С;

кисненосія t_В = 650°С;

димових газів t_Д = 1250°С.

Склад сухих газів приведений у таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 − Склад сухих газів, %

Увага! У цьому складі сухого коксового газу не міститься О₂, а у складі, що наведений у Додатку Б, є О₂, тому кількість компонентів буде дорівнювати 7. Те ж стосується складу природного газу.

Потрібно визначити:

1.
Склад суміші вологих газів.

2. Кількість кисненосія.

3. Кількість продуктів горіння.

4. Скласти матеріальний баланс горіння.

5. Калориметричну температуру горіння.

6. Коефіцієнт використання тепла палива.

Послідовність розрахунку

4.1.1 Визначення складу вологих газів (робочого складу)

, (4.1)

де К − коефіцієнт перерахування на вологий газ

; ;

Н₂O=0,1242×К×W.

Склад вологих газів, обчислений по формулі (4.1), приведений у таблиці 4.2.

4.1.2 Теплота згоряння газів:

=0,01(12,7×СО+35,7×СН₄+59×С₂Н₄+10,8×Н₂), МДж/м³. (4.2)

()_ДОМ=0,01(12,7×26,51+35,7×0,48+10,8×2,31)=3,79;

()_КОКС=0,01(12,7×6,04+35,7×25,95+59×1,7+10,8×49,36)=16,38.

Таблиця 4.2 − Склад вологих газів, %

Увага! Сума об¢ємних часток компонентів кожного газу повинна дорівнювати 100,00%, не більше і не менше, тобто допускається округлення значень компонентів.

4.1.3 Робочий склад газової суміші

Частка газів у суміші визначається з теплового балансу:

,

де Х − частка доменного газу (по теплу) у суміші:

.

Тоді частка коксового газу: (1 − X) = 1 – 0,802 = 0,198.

Склад змішаного газу, %:

=26,51×0,802+6,04×0,198=22,46;

CH₄ = 0,48×0,802 + 25,95×0,198 = 5,52;

C₂H₄ = 1,7×0,198 = 0,34;

H₂ =2,31×0,802 + 49,36×0,198 = 11,62;

N₂ = 55,15×0,802 + 7,36×0,198 = 45,69;

H₂O = 3,6×0,802 + 5,63×0,198 = 4;

CO₂ = 11,95×0,802 + 3,96×0,198 = 10,37.

å = 100,00%.

4.1.4 Теплота згоряння суміші вологих газів визначається за формулою (4.2)

=0,01(12,7×СО+35,7×СН₄+59×С₂Н₄+10,8×Н₂) =

=0,01(12,7×22,46+35,7×5,52+59×0,34+10,8×11,62)=6,28 МДж/м³.

Відхилення від заданої калорійності не повинне перевищувати 1,0%.

, що припустимо.

4.1.5 Густина змішаного газу за нормальними фізичними умовами:

,кг/м³ (4.3)

де M_i − молекулярна маса, кг/кмоль;

r_i − вміст компоненту в суміші, %;

22,4 − об¢єм, що займає 1 кмоль газу за нормальними фізичними умовами, м³/кмоль.

=(2×%Н₂+28×%СО+16×%СН₄+28×%С₂Н₄+44×%СО₂+28×%N₂+18×%Н₂О+32×%О₂)/

/(22,4×100)=

=(2×11,62+28×22,46+16×5,52+28×0,34+44×10,37+28×45,69+18×4)/2240=

=1,142 кг/м³.

4.1.6 Склад і густина кисненосія

Сухий кисненосій містить 25% і 75% . Приймаємо температуру холодного кисненосія =20°С, при цьому вологість d_В=18,9 г/м³. Коефіцієнт перерахунку на вологий склад

.

Склад вологого кисненосія, %:

=25×0,9771=24,43; =75×0,9771=73,28; Н₂О=0,1242×18,9×0,9771=2,29.

S=100,00%.

Густина вологого кисненосія по формулі (4.3)

.

4.1.7 Кількість кисненосія для спалювання 1 м³ газу:

− теоретично необхідна (при a=1)

=

,

де .

− дійсна L_Д=a×L₀ =1,2×1,191=1,429 м³ воздуха/м³ топлива.

4.1.8 Кількість продуктів горіння, що утворюються при спаленні 1 м³ газу

.

=0,01(10,37+22,46+5,52+2×0,34)=0,391;

V_Д =0,391+0,306+0,058+1,504=2,259 м³ дыма/м³ топлива.

4.1.9 Склад і густина продуктів горіння, %

Склад продуктів горіння

S100,00%.

Густина продуктів згоряння по формулі (4.3)

.

4.1.10 Матеріальний баланс горіння

Матеріальний баланс горіння складається з метою перевірки правильності і точності розрахунку: m_Г+m_В=m_Д±Dm.

Прихід − маса газу і кисненосія.

Маса газу (для 1 м³ газу): =1×1,142=1,142 кг.

Маса кисненосія: =1,429×1,283=1,834 кг.

Разом прихід: m_Г +m_В=1,142+1,834=2,976 кг.

Витрата – маса продуктів горіння =2,259×1,318=2,976 кг.

Нев’язання балансу =2,976−(1,142+1,834)=0.

Відносне нев’язання , що припустимо. Отже, розрахунок горіння палива виконаний вірно.

4.1.11 Калориметрична температура

Калориметрична температура розраховується з припущення, що все тепло, що надходить у зону горіння, витрачається тільки на нагрівання продуктів горіння:

,

відкіля

,

де і − тепло, внесене паливом і повітрям, кдж/м³ палива;

− теплоємкість продуктів горіння середня для інтервалу температур від 0 до , кдж/(м³×К).

,

i_Г − ентальпія газу, кдж/м³. Визначається по робочому складі газової суміші при t_Г [Додаток К; 1, с. 25] методом лінійної інтерполяції

кДж/м³, (4.4)

де Х − вміст компонента вологого складу суміші газів, % (п. 4.1.3).

При =550°С по формулі (4.4)

=0,01(733,7×45,69+743×22,46+719,7×11,62+1110,2×10,37+882,6×4+1213,1×5,52+1624,1×0,34)=

=808,61 кдж/м³ газу.

=1×808,61=808,61 кдж/м³ газу.

.

При t_В=650°С [Додаток К; 1, с. 25]

=

=0,01(927,2×24,43+875,3×73,28+1059,3×2,29)=892,16 кдж/м³ кисненосія.

Тоді =1,429×892,16=1274,9 кдж/м³ газу.

Ентальпія продуктів згоряння при калориметричній температурі

кДж/м³продуктів горіння.

Орієнтовну калориметричну температуру визначимо по ентальпії i_к продуктів згоряння по і−t діаграмі [Додаток Л; 1, рис.60]. =2100°С.

Обчислимо ентальпію продуктів згоряння при орієнтованій температурі =2100°С:

=0,01(3305,9×2,58+3130,1×66,59+5116,3×17,28+4167,5×13,55)=3618,4 кдж/м³.

Тому що отримане значення (3618,4<3702,3), то в другому наближенні приймаємо =2150°С:

=0,01(3393,8×2,58+3209,2×66,59+5252,4×17,28+4286,0×13,55)=3712,9 кдж/м³.

Тому що отримане значення (3712,9>3702,3), то шукана калориметрична температура горіння палива визначається по формулі:

=

= 2144°С.

4.1.12 Коефіцієнт використання тепла палива

КВП є теплотехнічною оцінкою палива і являє собою частку тепла, що залишилося в печі:

, (4.5)

де – фізичне тепло продуктів горіння, кдж/м³;

– тепло хімічного недопалу продуктів горіння. Приймаємо =0.

При t_Д=1250°С ентальпія продуктів згоряння [Додаток К; 1, с. 25]:

=0,01(1884,3×2,58+1774,5×66,59+2847,7×17,28+2238,1×13,55)=2025,55 кдж/м³.

Фізичне тепло продуктів горіння визначається по формулі:

=2,259×2025,55=4575,72 кдж/м³ газу.

Підставляючи отримані значення у формулу (4.5), одержимо:

,

тобто 60,3 % хімічного тепла палива залишається в печі, інше йде з продуктами горіння.

Результати розрахунку необхідно звести в таблицю 4.3, що міститься наприкінці розрахунку.

Таблиця 4.3 – Результати розрахунку горіння палива

№ п/п	Найменування величин	Позначення, розмірність	Значення
	Вихідні дані:
1.	Теплота згоряння палива	,МДж/м3	6,28
2.	Коефіцієнт витрати повітря	a	1,2
3.	Вміст кисню в кисненосії	О2
4.	Температура газа	tг, °С
5.	Температура кисненосія	tв, °С
6.	Температура продуктів згоряння	tд, °С
	Результати розрахунку:
1.	Кількість кисненосія	L0, Lд, м3/м3	1,191; 1,429
2.	Витрата продуктів згоряння	Vд, м3/м3	2,259
3.	Склад продуктів згоряння:	СО2, %	17,28
		Н2О, %	13,55
		О2, %	2,58
		N2, %	66,59
4.	Нев¢язання балансу	Dm/m, %
5.	Калориметрична температура	tк, °С
6.	Коефіцієнт використання тепла палива	h	0,603

4.2 Розрахунок динаміки нагрівання металу в печах періодичної дії

4.2.1 Вибір кінцевого температурного стану металу

Температура поверхні наприкінці нагрівання t_ПК вибирається в залежності від марки сталі по [Додаток М; 1, с. 351]. Вихідні дані приведені в додатку В.

Режим нагрівання металу в нагрівальному колодязі комбінований, що складається звичайно з двох періодів: М = const чи q = const і t_ПЕЧ = const.

Зливок являє собою усічену призму. Поперечні розміри зливка приймають по середньому перетині. Якщо відношення довжин широкої і вузької граней b:а< 1,3, припустима заміна призми циліндром еквівалентного діаметру.

Нижче приведена послідовність розрахунку нагрівання еквівалентного циліндра при комбінованому режимі:

I період – нагрів при постійному тепловому потоці (q = const),

II період – нагрів з постійною температурою (t_ПЕЧ = const).

Розрахунковий радіус зливка

, м

де а і b − поперечні розміри зливка в середньому по висоті перетині, м (Додаток В, стовпчик 3).

Перепад температур наприкінці нагрівання, °С:

Dt_К=(120…150)×R,

дe 120…150°С/м товщини шару, що прогрівається − припустимий градієнт температур.

Величину Dt_К варто округлити до 0 чи 5°С в меншу сторону. Наприклад, 38»35, 34»30.

Для спрощення розрахунків рекомендується побудувати на міліметровому папері формату А4 графіки теплофізичних властивостей заданої марки сталі по формулах: l=f(t), i=f(t), r=f(t), а також залежність від критерію Біо коефіцієнтів усереднення теплових потоків (К₂) і температури (К₃) по перетині тіла для циліндра і плити [Додаток Н; 1, с. 316],

де l − коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м К); [Додаток П; 1, с. 72];

i – ентальпія, кДж/кг, [Додаток Р; 1, с. 74];

r − густина сталі, кг/м³, [Додаток С; 1, с. 75].

Графіки l=f(t), i=f(t), r=f(t), а також залежність від критерію Біо коефіцієнтів усереднення теплових потоків (К₂) і температури (К₃) по перетині тіла для циліндра і плити помістити наприкінці пояснювальної записки у виді додатків А та Б. Назвати додаток А так: «Додаток А − Теплофізичні властивості сталі 20», якщо у вихідних даних задана сталь 20. Назва додатка міститься на окремій сторінці по середині (по висоті) сторінки. Далі розміщаються 3 сторінки з графіками. По вісі абсцис відкладаються значення температури. Кожен графік повинний мати відповідну назву. Наприклад, «Рисунок А.1 − Залежність коефіцієнта теплопровідності стали 20 від температури». Назву додатка Б помістити вгорі сторінки над графіком: «Додаток Б» «Залежність коефіцієнтів К₂ і К₃ від Біо і форми тіла». Під графіком помістити назву: «Рисунок Б.1 − Залежність коефіцієнтів К₂ і К₃ від Біо для циліндра і плити». Рекомендується побудувати ці залежності для Ві = 0…10. У тексті пояснювальної записки необхідно робити посилання на відповідний рисунок додатка, наприклад, «(рисунок А.2)».

4.2.2 Визначення густини теплового потоку і температури печі наприкінці нагрівання

Коефіцієнт теплопровідності наприкінці нагрівання:

,

де t_ЦК=t_ПК − Dt_К.

Орієнтоване значення коефіцієнта тепловіддачі, Вт/(м² К):

.

Орієнтоване значення критерію Біо (): .

Значенню відповідає коефіцієнт усереднення теплових потоків для циліндра , визначений за графіком =f().

Орієнтоване значення теплового потоку у кінці нагріву: , Вт/м².

Температура печі наприкінці нагрівання (у кінці II періоду t_печ=const) визначається з формули Стефана-Больцмана:

.

Після розрахунку орієнтованої температури печі варто визначити

,

потім уточнити значення .

4.2.3 Оптимальний тепловий потік і температура печі на початку нагрівання

Оптимальний тепловий потік на початку нагрівання при = const (ГУ ІІ роду) визначається по формулі:

= =(0,4…0,6)×q_max,

де

.

Температура печі на початку нагрівання t_ПЕЧ.Н визначається по відомому початковому тепловому потоці і початковій температурі металу з вираження:

.

4.2.4 Визначення тривалості I періоду

Температура поверхні металу визначається з вираження:

.

Середньомасова температура визначається методом послідовних наближень:

, (4.6)

де Dt₁ − перепад температур по перетині:

. (4.7)

Коефіцієнт теплопровідності в першому наближенні прийняти за графіком при температурі −100°С, потім визначити орієнтовані значення і , по формулах (4.7), (4.6), після чого повторювати обчислення , і доти, поки різниця між значеннями двох сусідніх наближень не стане менше 10°. Коефіцієнти усереднення теплових потоків К₂ і температури К₃ по перетині тіла для циліндра рівні 2.

Рекомендації: розрахунок у першому наближенні привести цілком. Результати розрахунків наступних наближень звести в таблицю 4.4.

Таблиця 4.4 − Розрахунок

№ наближення	, Вт/(м×К)	,°С	, °С
…

Температура центра зливка наприкінці I періоду .

Тривалість першого періоду визначається по формулі І.Д. Семікіна (метод теплової діаграми):

, с (годин.)

де r – густина сталі, кг/м³ при (за графіком);

– коефіцієнт матеріального навантаження, для циліндра дорівнює 2;

та визначаються за графіком i = f(t) відповідно при і .

4.2.5 Розрахунок тривалості II періоду

Розрахунок тривалості II періоду ведеться за умови t_ПЕЧ = const (ГУ III роду). Для підвищення точності розрахунку II період розбивається на два інтервали:

II – а: ; II – б: ,

де – температура поверхні наприкінці першого інтервалу:

.

Розрахунок першого інтервалу II періоду при t_ПЕЧ = const.

Густина теплового потоку на границі інтервалів: ;

середня густина теплового потоку: . .

Середньомасова температура обчислюється методом наближень.

Коефіцієнт тепловіддачі: .

У першому наближенні:

; (за графіком).

, .

У другому і наступному наближеннях коректується коефіцієнт теплопровідності по й обчислення повторюються доти, поки різниця між сусідніми значеннями не стане менше 10°С.

Рекомендації: результати розрахунків звести в таблицю 4.5.

Таблиця 4.5 − Розрахунок

№ наближення	, Вт/(м×К)	Bi	К2	К3	Dt2,°С	,°С
…

Температура центру зливка наприкінці II періоду: .

За остаточним значенням визначаються питома ентальпія металу і₂, кДж/кг, та густина металу r, кг/м³ (по відповідних графіках).

Тривалість першого інтервалу ІІ періоду нагрівання визначається по методу теплової діаграми:

, с (годин.)

Розрахунок другого інтервалу II періоду при t_ПЕЧ.К = const.

Середньомасова температура зливка наприкінці нагрівання також визначається методом послідовних наближень. У першому наближенні приймаємо

. При цій температурі визначається (за графіком).

; ; (за графіком); .

У другому і наступному наближеннях уточнюються значення , . Наближення закінчуються по досягненні різниці між двома сусідніми значеннями < 10°С.

Рекомендації: розрахунок звести в таблицю 4.6, аналогічну таблиці 4.5, у якій розмістити наступні стовпчики: № наближення, , , .

Ентальпія і_К і густина сталі r визначаються при температурі (по відповідних графіках).

Середня густина теплового потоку в другому інтервалі ІІ періоду: .

Тривалість другого інтервалу ІІ періоду: , с (годин.)

Загальна теплотехнічна тривалість комбінованого нагрівання зливка:

, годин.

4.2.6 Розрахунок і побудова температурної і теплової діаграм процесу нагрівання

Для побудови діаграми необхідно визначити відсутні дані.

Тривалість інерційного періоду, год:

,

де К – коефіцієнт форми, для циліндра К = 8 (при ГУ ІІ роду);

− коефіцієнт температуропровідності сталі, м²/год, при початковій температурі [Додаток С; 1, с. 75].

Перепад температур і середньомасова температура наприкінці інерційного періоду в першому наближенні

; .

У другому і наступному наближеннях уточнюються значення , Dt¢ і доти, поки різниця між двома сусідніми значеннями не стане менше 10°С:

; .

Поиск по сайту: