Исследования тепловых процессов с применением моделирования: Учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А.А. Черный ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ Учебное пособие

Пенза 2008

УДК 669.621.74

Р е ц е н з е н т ы: Научный совет Пензенского научного центра; главный металлург ОАО «Пензадизельмаш» А.С. Белоусов Черный А.А. Исследования тепловых процессов с применением моделирования: учебное пособие / А.А. Черный. – Пенза: Пензенский государственный университет, 2008. – 48с. Изложены теоретические основы математического моделирования, выявленные исследованиями закономерности процессов сжигания газовоздушной смеси применительно к газовым вагранкам. Приводятся новые разработки, позволяющие рационально сжигать газ в шахтных чугуноплавильных печах. Учебное пособие разработано применительно к учебному процессу по кафедре «Машины и технология литейного производства». Оно может быть использовано при изучении курсов «Термодинамика», «Печи литейных цехов», «Принципы инженерного творчества», а также при выполнении курсовых и научно-исследовательских работ. В пособии использованы оригинальные разработки автора, являющиеся его интеллектуальной собственностью.

© Черный А.А., 2008 2

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ низшая теплота сгорания природного газа, Дж/м3; qг, qвс, qгк - приведенный к нормальным условиям расход природного газа соответственно горелочной системой, одним соплом или одной горелкой, одним каналом горелочного сопла, м3/ч; qв, qвс, qвк - приведенный к нормальным .условиям расход воздухаокислителя соответственно горелочной системой, одним соплом или одной горелкой, одним каналом горелочного сопла, м3/ч; приведенный к нормальным условиям общих расход газовозqс душной смеси, м3/ч; диаметр канала горелочного сопла в выходном сечении, м; d0 wг, wв - скорость истечения из канала соответственно горючего газа, воздуха, м/с; Q нр -

α - коэффициент расхода (избытка) воздуха; Тв, Тг, Tс, Тк, Tпс - температура соответственно воздуха-окислителя, горючего газа, газовоздушной смеси, в камере сжигания, продуктов сгорания. К; адис - степень диссоциации природного газа (метана); Тф - температура в точке по оси факела, где прекращалось повышение CO2 в продуктах сгорания, К; lв - длина зоны воспламенения газовоздушной смеси, принятая как расстояние от выходного сечения канала горелочного сопла до точки на осевой линии факела, где начинается повышение содержания СО2 - в газовом потоке, м; lф - длина факела, принятая как расстояние от выходного сечения канала горелочного сопла, где прекращается повышение СО2 в продуктах сгорания, м; α0 - коэффициент расхода воздуха, при котором достигается максимально возможная температура в факеле или в камере сжигания; Тфmax Ткmax - достигаемая при α0 максимально возможная температура соответственно в факеле, в камере сжигания, К; П0 периметр по кромкам горелочного сопла у выходного 2 сечения, м ; площадь выходного сечения канала горелочного f0 2 сопла, м ; n0 количество горелочных сопел; DP расстояние между осями горелочных сопел, м; Lс расстояние между центрами выходных сечений каналов горелочных сопел, м; wс, wсг - скорость истечения газовоздушной смеси из канала горелочного сопла, соответственно приведенная к нормальным усло3

за, м;

виям, с учетом Тс, м/с; Rl критерий Рейнольдса; DТ , LТ - соответственно диаметр и длина горелочного туннеля, м; qгд, Гд - дополнительный расход природного газа на подсвечивание продуктов сгорания соответственно приведенный к нормальным условиям в м3/ч, в процентах от расхода природного газа на сжигание; dкд - диаметр канала для истечения дополнительного расходуемого природного газа, м; wгд - скорость истечения из канала с dкд дополнительно расходуемого природного газа, м/с; fпос - площадь выходного сечения щелевого канала горелочного сопла м2; Ш0, До, dн, dв, dс - соответственно ширина, длина, наружный диаметр, внутренний диаметр, диаметр по средней линии щелевого канала горелочного сопла в выходном сечении, м; Rг - гидравлический радиус, м; dтн - наружный диаметр газораспределительной трубы, dг - диаметр отверстий для истечения горючего газа, м; расстояние между рядами отверстий для истечения горючего гаSг εпс степень черноты продуктов сгорания; δокч, δокс - толщина оксидной пленки на кусках нерасплавившегося над зоной плавления соответственно чугуна, стали, мм; Тмет - температура получаемого жидкого металла. К; GПП1, GПП2 - производительность печи по массе полученного жидкого металла соответственно за первый час плавки, за второй час плавки, кг/ч;

ηТП - термический коэффициент полезного действия печи за период плавки; УМЕТ - потери металла при плавке в печи, %; Х - количество опытов по плану проведения экспериментов; NN0 - количество опытов в центре плана (на среднем уровне независимых переменных); U9 - дисперсия опытов; А1, В1, С1, D1, Е1 - величины первого фактора при условии А1