PROCEEDINGS OF UNIVERSITY OF RUSE , Volume 55, book 1.2. НАУЧНИ ТРУДОВЕ НА РУСЕНСКИЯ УНИВЕРСИТЕТ , Том 55, серия 1.2 SAT HT-08 Calcu

Препис

1 SAT HT-08 Calculation of chamber electric resistance furnace for sintering powder metallurgy materials Krastin Yordanov Изчисляване камер електросъпротивител пещ за спичане прахово металургични материали Кръстин Йорданов Calculation of chamber electric resistance furnace for sintering powder metallurgy materials: The sequence design methodologies in electric resistance furnace may be conditionally divided into two parts - thermal and electrical. Practical calculations are performed independently of one another, with the introduction of certain compromises and simplifications. The unification of the two parts is carried out using a mathematical model of transient heat transfer with Autodesk Simulation CFD 2017, which verifies the correctness of the task. Key words: Calculating, CFD software, chamber furnace, Joule Heating, temperature, time. ВЪВЕДЕНИЕ Разработените методи при проектирането процесите в електросъпротивителни пещи се отся основно до оценка гряването обработваните детайли, но не могат да покажат развитието процеса. В съвременните условия при личието по-съвършени системи за регулиране и управление, както и материали със специфични изисквания се лага допълване проектирането с числени резултати при протичане цялостния процес гряване изменение температурите в електросъпротивител пещ, големи и разпределение загубите. Съвременното ниво изчислителта техника предоставя по-големи възможности за предварително оценяване качествата и преходните процеси в тях получаване резултати непосредствено след проектирането [3]. Принципно са възможни два подхода при решаване задачата: използване готови програмни продукти с универсално предзчение, в което се задават параметрите обекта; разработване математични модели и използване изчислителни процедури за конкретни приложения. В стоящата статия е разгледан първия подход за проектиране електросъпротивител пещ. ИЗЛОЖЕНИЕ 1. Разработване методика за изчисляване камер електросъпротивител пещ за спичане праховометалургични материали 1.1. Цел методиката Целта е създаване методика за изчисляване камер електросъпротивител пещ за спичане праховометалургични материали, която да е опросте и относително вяр с получените от нея резултати сравнени с такива, получени при използване програмен продукт с универсално предзчение Autodesk Simulation CFD Обект изследване

2 Обект изследване се явява камер електросъпротивител пещ за гряване в режим празен ход, която ще послужи за спичане детайли с различни размери за бъдещи изследвания праховометалургични материали и други за термообработка Входни параметри и формули за изчисляване От литературни източници [1,2,3] предварително е събра информация за изчисляването и проектирането камерни пещи, като са разгледани изчислителта част за нуждите поставета цел. Представета методика по долу е представе по чин, колкото да реши задачата. Изчисляване времето за разгряване камер електросъпротивител пещ празен ход: 1. Размери работното пространство - L дълбочи, m; B шири, m; H височи, m. 2. Температури пещта Работ температура пещта- tрп, ос; повърхност температура гревателите- tпн, ос; повърхност температура сте вътре- tствт, ос; повърхност температура сте отвън- tствн, ос; температура околта среда- tос, ос; температура между първите два слоя от вътре вън- tм, ос; коефициент топлоотдаване отвън- αвн, W/(m².K). 3. Пресмятане топлинни съпротивления отвътре вън и температурите между слоевете. Избор изолационни материали за пещта - дебели изолационните материали- δi, m; коефициент топлопроводност за материалите- λi, W/(m.K); плътност материалите- ρi, kg/m3; Изчисляване околта повърхност материалите, както следва: (1) - Изчисляване топлинните съпротивления: (2) - пъл вътреш повърхност работното пространство, m². - Изчисляване сумарно съпротивление: (3) - Определяне температурите между слоевете: (4) 4. Пресмятане мощността празен ход пещта - Изчисляване мощността празен ход: (5) - Изчисляване мощността празен ход със запас: (6) - коефициент запас от неточности до 10%. 5. Пресмятане полезта мощност пещта. - Определяне количеството материал в пещта: обем пещното пространство, m³; пещта, %; - плътност материала в пещта, kg/m³. - Изчисляване полезта мощност: (7) - коефициент запълване (8) - специфичен топлинен капацитет материала в пещта, J/(kg.К); задържане материала в пещта, h време за

3 6. Пресмятане пълта мощност пещта: (9) 7. Пресмятане дължита електросъпротивителния проводник пещта. - Изчисляване съпротивлението проводника за един линеен метър: (10) - диаметър проводника, mm; -специфично електрическо съпротивление материала гревателя, Ω.mm²/m. - Изчисляване тока през електросъпротивителния проводник: (11) прежение, V; - -Изчисляване дължи проводника: (12) 8. Продължителност разгряване камерта пещ празен ход. - Акумулирано количество топли в конструктивните части: (13) - специфичен топлинен капацитет изолацията, J/(kg.К); специфичен топлинен капацитет ватата, J/(kg.К); - специфичен топлинен капацитет обшивката (ламари), J/(kg.К); - сред температура изолацията, С; - сред температура ватата; - средта температура обшивката (ламари); - обем изолацията; - обем ватата; - обема обшивката (ламари). - -Изчисляване продължителността разгряване пещта: (14) 1.4. Входни данни и резултати от прилагане методиката Входни данни за пресмятането са: работното пространство пещта L x B x H 400mmx100mmx100mm; температура пещното пространство-1250 С; повърхност температура отвън пещта-60 С; температура околта среда20 С. След използване методиката от 1 до 14 се получават следните резултати: дебели изолационния слой-175mm; пълта мощност със запас Рп=2094W; ток I=9,5А; дължи електросъпротивителния проводник l=12,520m; акумулирано количество топли в конструктивните части Qакум=4245kJ; време за разгряване пещта tразг=2536s 42min Описание конструкцията От получените резултати е изграде конструкцията камерта пещ за спичане праховометалургични материали, показа фиг. 1 б)

4 б) а) Фиг.1. Общ изглед пещта а) Изглед пещта за конструктив изработка; б) Изглед пещта подготве за симулация Изграде е от вътре вън от 3 слоя влакнесто керамични плочи с дебели поз. 1. Около слоевете са поставено панели от ламари поз. 5, в които има одеяло от керамични влак с поз. 4. Нагревателите (поз. 3) са свързани последователно с Ød=1mm. Цялата конструкция се поддържа от стомане рамка от профили. Габаритни размери пещта L,mm x B,mm x H,mm 750x450x600. Сглобките са създадени с помощта софтуерен продукт Autodesk Inventor Profesional Компютърно симулационен модел камер пещ за спичане праховометалургични материали Сглобката от фиг. 1 б) е прехвърле в софтуерен продукт с универсално предзчение Autodesk Simulation CFD Зададени са материалите във функция от температурата фиг.2 а). Моделът е дискретизиран с тетраедърни елементи, от които: флуидни елемента и елемента от тип SOLID фиг.2 б). Времето, за което се извършва ализа е 2700s, т.к. по изчисление е 2536s. б) а) Фиг.2: а) материал електросъпротивителния проводник във функция от температурата с полином; б) дискретизиран модел камерта пещ Изпълнението симулацията се извършва в нестациорен режим в случая за процес топлинно гряване, известно още като съпротивително гряване, чрез който премиването електрически ток през проводник освобождава топли и е известно като първи закон Джаул (закон Джаул-Ленц)

5 а) 15min б) 30min в) 45min Фиг.3. Разпределение температурите във времето в камерта пещ На фиг.3 са представени резултатите от правения ализ камерта пещ за спичане преховометалургични материали с работ температура в пещното пространство tрп=1250 С, нужни за извършване технологичния процес. Цветта легенда в ляво всеки резултат е в различен температурен интервал. При 15min е от 20 до 1100 С, при 30min е от 20 до 1200 С и при 45min е от 20 до 1363,78 С. Фиг.4. Разпределение температурите в интервала от 1240 до 1260 С в 40min и точката измерване в средата пещта Фиг.5. Времетемператур крива в точката измерване в средата пещта На фиг.4 е представен резултатът при достигането желата температурата от 1250 С и нейното детайлно разпределение от гревателите към центъра пещното пространство. Точното време за достигане работта температура

6 (фиг.5) е 2406s 40min, а изчисленото време по методиката, представе по-горе е 2536s 42min. Разликата от 130s e в границите грешката, т.к. методиката използва осреднени температури, а софтуерният продукт интерполирани спрямо температурния интервал. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Въз основа проведените по-горе получените резултати от методиката и компютърно симулационен модел могат да бъдат правени следните изводи: 1. От поставета цел може да се каже, че условието при изчисляване по методиката и използването универсален софтуерен продукт Autodesk Simulation CFD 2017 за флуиден и термичен ализ дават резултати с грешка до 5%. Следователно съвкупността от писаното по-горе може да се използва за изграждането реал пещ за спичане праховометалургични материали. 2. За управлението процеса гряване, термодвойката трябва да се постави в пространството, където температурата е 1250 С, което се огледява от показаното фиг.4. Това ще гарантира точността при контролирането процеса и технологията за спичане праховометалургични материали. 3. Посочета методика и съвкупното моделно решение със софтуерни продукти за термичен и флуиден ализ, улесняват зчително процеса проектиране и изпитване електросъпротивителни пещи, като по този чин се създава възможност за подобряване разработването такъв тип проекти. [1] [2] [3] ЛИТЕРАТУРА Ковачев Г., Електротермия и електрозаваряве, Техника, София, Ковачев Г.,Прангов.Л, Електротермия, Техника, София, Тахрилов Х., Контров. С., Пайотов М., Електротермия Част II, БПС, Технически университет Вар, За контакти: инж. Кръстин Йорданов, Катедра Топлотехника, ТУ-Вар, тел.: , е-mail: krystinkr@gmail.com Докладът е рецензиран