Контрольная работа по "Теплотехнике"

Исходные данные

Исходными данными для ориентировочного выбора размеров рабочей камеры являются:

А) размеры заготовок:

h= 70 мм – высота заготовки;

D= 100 мм – диаметр заготовки

Б) рабочая температура t= 860 °С

В) материал заготовки: сталь 20ХН

Определение размеров рабочей камеры печи

Для определения размеров камеры необходимо знать массу садки и способ ее кладки на поду. Для этого определяем массу одной заготовки по формуле

m= V ∙ ρ,

где V – объем заготовки, [pic 1]

ρ= 7850 кг/ . [pic 2]

Объем заготовки составляет

                                                  V= h∙,                                       (1.2)[pic 3]

Где h – высота, мм

 – площадь большой окружности [pic 4]

 – площадь меньшей окружности [pic 5]

Тогда согласно (2.2)

V= h∙ = 70∙ (20734,51-11775,36) = 627140,5 = 0,000627[pic 6][pic 7][pic 8]

Подставляя в () численные значения вычисляем массу одной заготовки

m= V ∙ ρ= 7850 ∙0,000627= 4,92 кг

Масса садки, загружаемой в печь
G= m ∙ n,

Где n= 4 – число заготовок

Или

G= m ∙ n= 4,92 ∙ 4= 19,68 кг.

Размеры рабочей камеры печи выбираем методом построения в соответствии с рисунком 1.2. Расстояние между заготовками 30…35 мм, между заготовкой и нагревателями 50 мм.

 [pic 9]

Принимаем ширину рабочей камеры: ширина B = 0,33 м, длину L = 0,315 м, высота рабочей камеры H = 0,16 м.

Исходя из полученных данных, выбираем печь СНЗ Н-45.

Расчет времени нагрева

 Критерий Био для заданной детали высчитывается по формуле

= , [pic 10][pic 11]

Где S -половина толщины детали

 - коэффициент теплопроводности стали, при температуре 860 °С[pic 12]

[pic 13]

Толщина детали определяется по формуле

S = µ ∙δ,

Где µ - коэффициент, характеризующий двухсторонний нагрев, µ = 0,5

δ – прогреваемая толщина заготовки, δ = 0,01 м

Тогда толщина детали по формуле будет

S = µ ∙δ = 0,5 ∙ 0,01= 0,005 м

Коэффициент теплопроводности стали, Вт/(∙°С), при рабочей температуре 860 °С составляет = 29. [pic 14][pic 15]

Суммарный коэффициент теплопередачи определяется по формуле

 =  + [pic 16][pic 17][pic 18]

Где ,  – коэффициент теплопередачи соответственно излучением и конвенцией. [pic 19][pic 20]

В печах с постоянной температурой, коэффициент теплопередачи излучением приближенно можно подсчитать по формуле

 ∙[pic 21][pic 22]

Где , Вт/(∙)[pic 23][pic 24][pic 25]

Т – абсолютная температура печи, К

Принимая за, теплоотдающая поверхность печи внутреннюю поверхность ее футеровки, и считая газовую среду лучепрозрачной, найдем приведенный коэффициент излучения, Вт/ (∙[pic 26][pic 27]

[pic 28]

Где Вт/(∙)[pic 29][pic 30][pic 31]

 =   = 3,27[pic 32][pic 33]

Коэффициент теплоотдачи излучением по формуле

 ∙= 0,03  = 14,26 Вт/(∙°С)[pic 34][pic 35][pic 36][pic 37]

Если принять теплоотдачу конвективным теплообменом получаем что суммарный коэффициент теплопередачи равен [pic 38]

 13,547 Вт/(∙°С) [pic 39][pic 40]

Подставляя полученный значения в формулу для определения критерия Био получим

=  = [pic 41][pic 42][pic 43]

Полученное значение коэффициента Био 0,0023 меньше 0,25, и, следовательно, расчет будет вестись для нагрева “тонких” тел.

В электрических печах периодического действия нагрев для конвективного теплообмена вычисляют по формуле

,[pic 44]

где G – масса садки, кг

 тепловоспринимающая поверхность нагреваемого материала, [pic 45][pic 46]

[pic 47]

[pic 48]

[pic 49]

Подставляя численные значения в формулу, получим