Аннотация
В настоящее время во многих промышленных регионах России сложилась неблагоприятная экологическая обстановка. Связано это с тем, что количество вредных веществ, сбрасываемых предприятиями в окружающую среду, во много раз превышает установленные нормы предельно допустимых концентраций. Среди источников загрязнений значительное место занимают ьыбрссы в атмосферу продуктов сгорания топлива. Одними из крупнейших потребителей топлива являются промышленные печи различного технологического назначения. В рабочем объеме печей распространенных конструкций скорость движения газов, как правило, настолько мала, что конвективный теплообмен практически отсутствует. Циклонные печи, обеспечивая значительную интенсификацию теплообмена, прежде всего конвективного, к изделиям и стенкам рабочего объема, а также стабилизированное и полное сжигание топлива, позволяют повысить скорость, качество и экономичность нагрева, снизить расход топлива, а вследствие пониженной тепловой инерционности упрощают обслуживание, управление и открывают возможности полной автоматизации процесса нагрева и термообработки изделий. В диссертации впервые в систематизированном виде выполнено исследование аэродинамики и конвективного теплообмена в циклонных нагревательных устройствах с двухсторонним выводом газов; на основе выполненных исследований создана инженерная методика их расчета на ЭВМ с знергозкологоэкономической оптимизацией геометрических и режимных характеристик; разработаны рекомендации по их проектированию.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ........................................................ 8
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ................................... И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ И КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ЦИКЛОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ С ДВУХСТОРОННИМ ВЫВОДОМ ГАЗОВ....................... 45
2.1. Описание экспериментальных установок и методики измерений .............................................:...... 45
2.2. Погрешности измерений ..................................... 58
2.3. Программа исследований..................................... 65
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ ЦИКЛОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С ДВУХСТОРОННИМ ВЫВОДОМ ГАЗОВ .................... 70
3.1. Аэродинамика циклонного нагревательного устройства с симметричным вводом и двухсторонним торцевым выводом газов........................................................... 70
3.2. Аэродинамика циклонного нагревательного устройства с двухсторонними несимметричными условиями ввода и вывода газов .......................................................109
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ЦИКЛОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ С ДВУХСТОРОННИМ ВЫВОДОМ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ...........................................128
4.1. Конвективный теплообмен на Соковой поверхности рабочего объема циклонных нагревательных устройств с двухсторонним выводом газов ........................................128
4.2. Конвективный теплообмен на поверхности круглой цилиндрической заготовки соосной с рабочим объемом циклонного нагревательного устройства с двухсторонним выводом газов...........................................................132
4.3. Расчет конвективного теплообмена на боковой поверхности циклонных нагревательных устройств с двухсторонним
- 19 -
торцевой или боковой поверхности камеры. Л.А.Вулисом и В.П.Усти-менко С183 была предложена схема расчета, позволившая наиболее полно описать картину течения газа в незагруженной циклонной камере. в ее основу положено представление о циклонном потоке, как о вращающейся полой турбулентной струе, пограничный слой которой обращен к оси камеры. В решении [133 использовалась аппроксимация для тангенциальной составляющей скорости
»и = гп/а+п2), ал)
где йуг Vй® - безразмерная тангенциальная скорость; п- г/Гц»-безразмерная радиальная координата. Проведенное в работе С183
сопоставление расчетных характеристик й2 и р с опытными данными
показывает, что они качественно правильно отражают основные черты структуры потока в цикленной камере, но существенно отличаются по величине от опытных значений. П.М.Михаилов и А.Н.Штым [1033 для незагруженной циклонной камеры вводят более удачную аппроксимацию распределения тангенциальной составляющей скорости
й* = (2п/(1+П2))п, (1.2)
где п - постоянная для данной камеры величина.
Выделив в потоке осесимметричное ядро, авторы СЮЗ) определили радиальную границу этого ядра из условия максимума циркуляции тангенциальной скорости.
В работе С1203 приведено упрощенное математическое описание процесса течения в циклонной камере с двухсторонним выводом газов, в результате которого получены выражения для распределения тангенциальной скорости и статического давления. Так. распределение безразмерной тангенциальной скорости определено формулой
- 20 -
(1.3)
которая является удачной модификацией известного уравнения
получившего широкое распространение при расчетах аэродинамики циклонных камер различного технологического назначения С99).
Обобщение экспериментальных данных позволило использовать ряд чисто эмпирических уравнений для расчета максимального значения тангенциальной скорости %, радиуса, на котором оно достигается, и коэффициента сопротивления. Следует заметить, что связь Ищго со значением избыточного статического давления з шлицах рс.вх не совсем корректна. Правильнее связывать «Гр* с избыточных« статическим давлением на боковой поверхности камеры рс.к. исключив таким образом из рассмотрения входные потери напора (Рс.вх -- Рс.к). которые зависят от ряда факторов, главным из которых является относительная плсщадь входа С70, 71).
Все выше изложенное относится к незагруженным циклонным камерам. Введение в рабочий объем цикленной камеры цилиндрической заготовки сказывается на всех аэродинамических характеристиках ядра потока. Изменение безразмерной .максимальной тангенциальной скорости йуц, в зависимости от относительного диаметра заготовки с1э не носит «допотопного характера и при определенных значениях йэ достигает максимальной величины. Наибольшее значение й»*, наблюдается при ликвидации заготовкой осевого обратного тока. Рассмотренные условия с точки зрения аэродинамики рабочего объема камеры являются оптимальными [70,77). С введением в рабочий объем заготовки максимум йдю с ростом ее диаметра первоначально смеша-
- С Г~п
(1.4)
- Київ+380960830922