3 Расчет нагревательных печей непрерывного действия

Расчет теплообмена в печах непрерывного действия выполняют для стационарного теплового состояния. Для расчета теплоотдачи металлу в печах непрерывного действия изменение температуры по длине печи представляют как изменение температуры во времени по мере продвижения металла через печь.

Так как решение уравнения теплопроводности принципиально различно для теплотехнически тонких и теплотехнически массивных тел, то следует прежде всего определить степень массивности тела, подвергающегося тепловой обработке.

Для расчета теплоотдачи наиболее подходящими являются граничные условия третьего рода, когда задана температура средства нагрева или охлаждения и закон теплообмена между ним и поверхностью металла. Аналитические решения уравнения теплопроводности при граничных условиях третьего рода получены для тел простой формы (пластина, цилиндр) при постоянных коэффициенте теплоотдачи и теплофизических свойствах тела в случаях, указанных в таблице 2.

Таблица 2-Характеристика тел простой формы

Массивность тела	Закон теплоотдачи на поверхность тела	Температура средства нагрева или охлаждения	Начальная температура тела
Теплотехнически тонкое тело	Лучистый	Постоянная	Равномерная
	Конвективный
	Смешанный
Теплотехнически массивное тело	Конвективный	Постоянная	Равномерная
			Распределенная по параболическому закону
		Линейно меняющиеся во времени	Равномерная
			Распределенная по параболическому закону

Исходя из условий, для которых получены аналогические решения и построены графики [1], перед проведением расчетов необходимо следующее:

- представить нагреваемый или охлаждаемый металл как тело простой формы: пластину, цилиндр или их пересечение;

- представить температуру средств нагрева или охлаждения как постоянную или линейно меняющуюся во времени;

- определить и усреднить теплофизические свойства нагреваемого или охлаждаемого металла;

- определить коэффициенты теплоотдачи для соответствующего закона теплообмена (для теплотехнически тонких тел – в зависимости от того, какой вид теплоотдачи превалирует, для теплотехнически массивных тел – по конвективному закону теплоотдачи); методика определения коэффициентов теплоотдачи изложена в [1];

- усреднить коэффициенты теплоотдачи в процессе нагрева или охлаждения.

Если изменение температуры средств нагрева или охлаждения имеет сложный характер, а также для увеличения точности расчета график изменения температуры разбивают на расчетные участки. В каждом их них температуру средств нагрева или охлаждения принимают постоянной или линейно меняющейся во времени.

При расчете по участкам конечное температурное состояние металла на предыдущем участке принимают за начальное для последующего участка. Если конечное температурное состояние металла является неравномерным по сечению, то для расчета последующего участка температуру считают распределенной по параболическому закону. Усреднение теплофизических свойств тела и коэффициентов теплоотдачи можно производить по участкам.

Во всех расчетах пренебрегаем влиянием химических процессов (окисление, обезуглероживание), а тела, участвующие в теплообмене считают серыми и диффузными. В печах непрерывного действия пренебрегают изменением температуры средств нагрева или охлаждения по ширине печи и распространением тепла вдоль печи по металлу и элементам печи.