Есептер

№1

Білік үлгісінің диаметрін және жылуалмастыру коэффицентінің маңызын

(№1 мысалдағы жағдай бойынша) анықтаңыз егер температуралық өрістерінің ұқсастығы үлгіні қыздыру пешіне салған соң пайда болады.

№2

Диаметрі ұзындығы L=2.1м құбырмен ыстық су ағып жылуың құбыр іргесі арқылы қоршаған ортаға береді.Судың шығыны G=0,0091кг/с,

кірер температурасы шығар температурасы Құбыр іргесінің орташа температурасы Осы жағдайларда сандарын есептеңіз.

№3

Оңаша тұрған цилиндрмен көлденең ауа ағынының арасындағы жылуалмастыру процесін есептеңіз, егер цилиндрдің диаметрі қоршаған ортаның температурасы ауа ағынының жылдамдығы, жылуалмастыру коэффициенттер кестеде көрсетілсе:

2.0 5.0 10 10

39.5 71.2 106.5 165.3

31.2 55.6 83.4 128

Осы есепте байланысын анықтаңыз.

Жылуөткізгіштік көбінесе қатты денелерде жүзеге асады. Сонымен бірге аз мөлшерде сұйықтарда және өте аз мөлшерде газ ортасында кездесуі мүмкін. Жылуөткізгіштік негізінде дене құрамындағы молекулалар тығыз әрекетке кіріп өзара артық жылуымен бөлісу процесі қарастырылады. Осы себебтен неғұрлым дене молекулалары бір-біріне жақын орналасса, дененің тығыздығы жоғары болып, қуыстығы төмен болса, сол ғұрлым жылуөткізгіштік жоғары. Металдарда жылуөткізгіштігі басқа заттармен салыстырған жоғары болып табылады. Дененің температурасы көтерілген кезде бос электрондар және молекулалар қозғалысы көбейіп жылу таратуға кері әсер көрсетеді. Сол себебтен металдардың жылуөткізгіштік коэффициенті жоғары температурада төмендейді. Дененің тығыздығы не құрлым жоғары болса сол құрлым жылуөткізгіштік қабілеті жоғары болады. Металдардың жылуөткізгіштігінің жоғары болуының бір себебі тығыздығы жоғары болғандықта деп санағаңымыз дұрыс. Егер дене құрлысында құыстығы болатын болса жылуөткізгіштік қабілеті төмендейді. Сонымен бірге, дененің геометриялық өлшемдері жылуөткізгіштігіне өте көп әсер етеді. Осы қасиеттеріне қарай өндірістік және тұрмыстық жағдайларда жылуауысу процестерін зерттегең кезді денелердін жылуөткіздіру қасиеттеріне көп назар аудары қажет. Көбінесе жылуөткізгіштік қатты денелерде жүзеге асады. Металлургиялық жылутехникасында аталған процесс термиялық және балқыту пештерінде міндетті түрде есепке алынуы керек. Пештін конструктивтік элементтерінің жылуфизикалық қасиеттеріне қарай жұмыстық параметрлері анықталады. Негізгі параметрлер ретінде дененің геометричлық өлшемдері және температурасы; жылуөткізгіштік коэффициенті саналады.

Мысал. Егер ірге қалындығы 40мм беттіктерінің температура айырмақшылығы 20 градус,, жылу ағынының тығыздығы 145 вт\шаршы метрге тен болса жылуөткізгіштік коэффициентті неге тен болмақ?

Шешімі:

Жалпақ біркелкі іргенің жылуөткіздіруің есептеу үшін:

анықтаймыз:

;

Жауабы:

Газ ағынының ламинарлық және турбуленттік болып екіге бөлінеді. Ламинарлық ағын – жәй ағын, тұтқырлығы жоғары, ағу жылдамдығы төмен жағдайда болуы мүмкін. Турбуленттік немесе құйынды ағын жоғары жылдамдығы және төмен тұтқырлығы бар газ және сұйық ағындарда кездеседі. Ағу тәртібі Рейнольдс саны арқылы анықталады. Конвекция процесі газ немесе сұйық ортада жүзеге асады. Конвекция негізінде газдың бір көлемі екінші көлемінен орын ауыстырған кездегі жүзеге асатын жылуауысу процесі есептеледі. Конвекция екі түрлі болады: еркін және жасанды. Конвективтік жылуауысу көптеген өндірістік қондырғыларда жылутаратудың негізгі түрі деп есептеледі. Бірақ конвективтік жылуауысу таза түрінде болуы мүмкін емес. Бір газ көлемі екінші бір көлеммен тығыз әрекетке кірген кезде жылуөткізгіштік әсер етеді. Сондықтан мұндай жағдайда күрделі жылуауысу процесі жүзеге асады деп есептеген жөн. Конвективтік жылуауысу процесін есептеу үшін конвективтік коэффициентті білу қажет. Бірақ аталған коэффициент көптеген параметрлерге тәуелді болғандығынан тікелей оны анықтауға мүмкін емес. Осы себебтең практикалық есептерде ковективтік жылуауысу процесті зерттегең кезде ұқсатық теориясы және ұқсасатық сандарды пайдаланады. Ұқсатық сандар қатарына жататындар: Рейнольдс саны; Грасгофф саны; Фурье саны; Нуссельт саны; Эйлер саны; Био саны: Прандтль саны; Пекле саны тағыда басқалары. Ұқсастық сандардың өзара байланысы арқылы керекті параметрлерді табуға болады.

4. Металдарды қыздыру

Металдарды қыздыру арқылы өңдеп қасиеттерін өзгертеді, кристалдық құрылысын ауыстырады. (термоөңдеу) немесе пластикалық деформацияны жүргіздіруге дайындайды. Қыздыру процесінің негізгі параметрлері: температура, қыздыру уақыты, қыздыру тұрақтылығы т.б.

Қыздыру температурасы деп қыздыру пештерінде металл беттігінің температурасын технологиялық процеске сәйкес өзгерткен шаманы айтады. Қыздыру температурасы металдың химиялық құрамы дәл жоғары болған кезде, металл құрамындағы фазалық өнімділігі көтеріледі.Температура шамадан тыс жоғары болса металл құрамындағы көміртегі мөлшері төмендеп, металл тотықтанып қасиеттерін өзгертеді.Осы себептен металдың әр маркасының қыздыру температурасын бөлек анықтау қажет.

Бір қалыпты қыздыру дене беттігінің және дене ортасының температураларының айырмашылығымен анықталады:

(4.1)

Егер температура айырмашылығы көп болса пластикалық деформация кезінде металдың қасиеттері біркелкі өзгермейді, фазалық өзгерістер аяқталмайды. Осы себептен неше түрлі ақаулар пайда болуы мүмкін. Бір қалыпты қыздыру үшін көптеген жағдайларда температура айырмашылығын металл қалыңдығына байланысты есептейді:

- жоғары легірленген болаттарға

(4.2)

- басқа қортпаларға

(4.3)

мұндағы қыздырылатын металдың қалыңдығы.

Қыздыру ұзақтығы қыздыру пештің көлемін, сыйымдылығын және

өнімділігін анықтайтын параметр.Қыздыру жылдамдығы жоғары болса пештін өнімділігі көтеріледі, бірақ мұндай жағдайда ақау мөлшерінде көтеріледі. Осы себептен қыздыру жылдамдығы белгілі бір шамадан аспау керек.

4.1 Қыздыру режимдері.

Қыздыру режимі деп металл беттігімен ортасының температурасының өзгеруінің заңы мен қоршаған ортаның температурасының өзгеруі аталады.

Көптеген металдарға, металл бұйымдарына қажетті қыздыру режимдерін анықтау үшін типтік режимдерді пайдалануға болады.Металды қыздыру үшін тұрақсыз режимде жылу энергиясын қабылдау керек. Есеп жүргіздіру үшін Био

критерийін пайдалануға болады:

(4.4)

Био критерийі сыртқы және ішкі жылуалмастыру процестерін еске алады. Критерий құрамына кіретін λ- қатты дененің жылуөткізгіштік коэффициенті. Нуссельт санының құрамына кіретін λ- қоршаған ортаның жылуөткізгіштік коэффициенті.Дене көлемдегі температура тарауы мөлшерімен анықталады:

- саны жоғары болса дене көлемдегі температура айырмашылығы да жоғары;

- саны төмен болса дене көлеміндегі темпеатура айырмашылығы да төмен, таралуы біркелкі болады.

Био саны мөлшері бойынша қатты денелерді термиялық қасиеттеріне қарай келесі топтарға бөлуге болды:

- термиялық жұқа денелер Мұндай денелер біркелкі қыздырылады немесе суытылады.

- термиялық қалып денелер Дене беттігінің және ортасының қыздыру кезінде температура айырмашылығы жоғары.

- термиялық орташа денелер (арадағы жағдай)

Күрделі түрдегі жылуауысу

Құю өндірісінде көптеген жылуауысу процестер жүзеге асады, ол үшін көптеген жылуауысу қондырғылары пайдалынады. Соның ішінде құм-балшық қоспаның кептіру, құймаларды термиялық өндеуден өткіздіру, қорытпаларды балқыту, сұйық металды кристалдандыру, ыстық бұйымдарды салқындату т. б. Кептіру процесіне әртүрлі конструкциялық қондырғыларды пайдалынады. Негізгі жылу агенті ретінде ыстық ауа, түтіндер пайдалынады. Жылу конвекция арқылы, сәуле арқылы және жылуөткізгіштік арқылы тарайды. Кептіргіштер үздікті және үздіксіз тәртіпте жұмыс істеуі мүмкін. Жұмыс денесінің қасиеттеріне, ағу жылдамдығына, жылусыйымдылығына тәуелді. Қыздыру қондырғыларында отын қасиеттері анықталып түтіннің құрамы есептеледі және сол арқылы жылу потенциалы табылады. Қыздыру конструкциялары үздікті және үздіксіз тәртіпте жұмыс істейді. Жұмыс түріне қарай келесі топтарға бөлуге болады: камералық, барабандық, шахталық т. б.

Мысал: Диаметрі 30 мм көміртекті болат білігің қыздыру уақытың есептеніз егер:(С = 0,3%; ), температура 20 - 900⁰С аралықта өзгеретін болса; пеш температурасы 1000⁰С,

Қыздыру процесті үш кезенге бөлеміз: I\от 20 - 600⁰С; II \ 600 - 800⁰С; III\ 800 - 900⁰С.

I кезен:

S = 0,015м; t_печ = 1000⁰С, t_н = 20⁰С, t_к = 600⁰С.

Орташа жылусыйымдылық С_р

Жылуберу коэффициенті кезен басында:

кезен аяғында:

Орташа:

Қыздыру уақыты: t_н=20⁰С - t_к=600⁰С аралықта

II кезен

t_печ = 1000⁰С, t_н =600⁰С, t_к = 800⁰С.

мұнда

III кезен:

t_печ = 1000⁰С, t_н =800⁰С, t_к = 900⁰С.

Мұнда

Жылу жинау әдістері және қондырғылары, жалпы сипаттамасы

1. Жұмыстық температурасына қарай металлургиялық пештер жоғары және төмен температуралық деп екіге бөлінеді. Жоғары температуралық пеште 650 градустан артық температураны жасауға болады. Сонымен бірге аса жоғары температуралық пештер \1250 градустан жоғары\ пайдалынады. Бұл топқа көбінесе балқыту пештері жатады. Негізгі жылу беру жолдары конвекция, сәуле тарату. Жылуөткізгіштіктің манызыда бір талай. Жылу көзі ретінде отын жылуың және электрток жылуың пайдаланады. Пештердің конструкциясы және жұмыстық ерекшілектері пайдаланытың жылу көзіне тәуелді.

Құю өндірісінде көптеген жылуауысу процестер жүзеге асады, ол үшін көптеген жылуауысу қондырғылары пайдалынады. Соның ішінде құм-балшық қоспаның кептіру, құймаларды термиялық өндеуден өткіздіру, қорытпаларды балқыту, сұйық металды кристалдандыру, ыстық бұйымдарды салқындату т. б. Кептіру процесіне әртүрлі конструкциялық қондырғыларды пайдалынады. Негізгі жылу агенті ретінде ыстық ауа, түтіндер пайдалынады. Жылу конвекция арқылы, сәуле арқылы және жылуөткізгіштік арқылы тарайды. Кептіргіштер үздікті және үздіксіз тәртіпте жұмыс істеуі мүмкін. Жұмыс денесінің қасиеттеріне, ағу жылдамдығына, жылусыйымдылығына тәуелді. Қыздыру қондырғыларында отын қасиеттері анықталып түтіннің құрамы есептеледі және сол арқылы жылу потенциалы табылады. Қыздыру конструкциялары үздікті және үздіксіз тәртіпте жұмыс істейді. Жұмыс түріне қарай келесі топтарға бөлуге болады: камералық, барабандық, шахталық т. б.

4.2 Металл қыздырудың есебі

Есеп жүргізу мақсаты белгілі температураға дейін денені қыздыру үшін қажетті уақытты анықтау. Осы себептен қыздырылатын металдың термиялық қалыңдығына байланысты қоршаған ортаның температурасының өзгеру заңын белгілейді. Көптеген жағдайда металдың геометриялық қалындығымен термиялық қалыңдығы бір-біріне тең болады (жылу ағыны қыздырылатын дененің жан-жағынан беріледі). Жоғары айтылғанды есепке алу үшін келесі коэффициентті пайдалануға болады:

(4.5)

мұңдағы δ- қыздырылатын дененің қалыңдығы;

S- дененің геометриялық қалыңдығы.

Күрделі формалы денелерге μ коэффициенті эксперимент бойынша анықталады немесе анықтамалық кестелерді келтіріледі.Қыздырылатын дененің термиялық қасиеттерін анықтап және қыздыру режимін таңдап металдың пештерінде ұзақтылығын есептейді.

1. Термиялық жұқа денелерге есеп жүргіздіру

Дене өте жұқа болғандықтан беттік температурасына есеп жүргіземіз.

Конвекция үшін:

(4.6)

мұңдығы М- дене массасы;

C- дененің жылу сыйымдылығы;

F- дене беттігі;

жылуалмастыру коэффициенті;

T- қыздыру пешінің температурасы;

дененің алғашқы және соңғы температурасы.

Сәулелік жылуалмастыру процесі үшін:

2. Термиялық қалын денелерге есеп жүргізу

Термиялық қалын денелердің көлемінде температура таралуын есептеу қажет. Ол үшін денелердің жылуөткізгіштік қасиеттерін анықтау керек. Термиялық қалын денелердің қыздыру ұзақтығын есептеу үшін келесі критерийлердің байланысын пайдалануға болады:

(4.7)

мұндағы артықшылық температура.

Көрсетілген байланыс бойынша нограммалар сызылады (қосымшаны қара).Номограмма бойынша параметрлерді анықтау тәртібі:

саны анықталады;

саны есептеледі;

коэффициенті есептеледі;

саны бойынша қыздыру ұзақтығы есептеледі.