5-6. Критериальный расчет внешнего теплообмена в рабочих камерах высокотемпературных печей

В высокотемпературных камерных печах (сталеплавильных, нагревательных и т. д.) камерой сгорания служит все рабочее пространство печей или только часть его. Горение топлива происходит в непосредственной близости от изделий, и передача тепла осуществляется в основном лучеиспусканием, а роль конвективного теплообмена невелика (5 - 15%).

Составим уравнение внешнего теплообмена в высокотемпературной камерной печи в безразмерном виде, считая, что все тепло передается лучеиспусканием. Для этого на основе уравнения (5-7) составим уравнение теплового баланса:

Здесь B - часовой расход топлива; vг - объем продуктов горения единицы количества топлива; ηк - к. п. д. камеры сгорания; cг - средняя объемная теплоемкость газов в пределах от теоретической температуры горения tт до tо.г:

Перепишем уравнение (5-23) в виде:

или

Здесь Bo - топочный критерий (критерий Больцмана); θг = Tг/Tт - безразмерная температура газов; θм = Tм/Tт - безразмерная температура нагреваемой поверхности; θо.г = Tо.г/Tт - безразмерная температура отходящих газов.

Примем закон усреднения температур по формуле (5-13):

Здесь индекс м' относится к начальному состоянию материала, а м - конечному.

При холодной посадке материала θм' ≈ 0, следовательно:

Тогда безразмерное уравнение будет иметь вид:

Определив расход топлива из теплового баланса рабочей камеры печи, можно, воспользовавшись уравнениями (5-26) и (5-29), найти температуру уходящих газов tо.г или другие входящие в них величины.

Для определения температуры газов на выходе из камеры печи θо.г мы имеем уравнение:

Роль конвективного теплообмена учитывается коэффициентом βконв выраженным в долях от лучистого потока тепла.

Решая уравнение (5-30) относительно θо.г, имеем:

Иногда приходится, зная tо.г, определять лучевоспринимающую поверхность материала Hл, что можно сделать, пользуясь уравнением (5-26).