Первый расчетный участок

Средняя температура металла t_{м ср1}=125 ̊С. Средняя температура продуктов сгорания t_{п.с ср1}=315 ̊С. Средняя температура кладки t_{к ср1}=165 ̊С.

По расчету сгорания природного газа (см. п.1) при ﱡα=1,1 в продуктах сгорания СО₂=8,43 %, H₂O=18,54%.

 

По рис.1 степень черноты СО₂ при t_{п.с. ср1}=315 ̊С и p_co2S_ЭФ имеем:

.

.

Рисунок 1 – степень черноты диоксида углерода ε_со2

 

По рис.2 степень черноты H₂O при t_{п.с. ср1}=315 ̊С и p_н2о S_ЭФ имеем:

.

Рисунок 2 – степень черноты водяного пара ε_н2о

По рис.3 при p_н2о=0,185·10⁵ Па = 18,5 кПа и p_н2о S_ЭФ=0,0074·10⁶ Па·м, находим β=1,07.

Рисунок 3 – Поправка для степени черноты водяного пара

 

Найдем степень черноты продуктов сгорания по формуле:

Коэффициент М по формуле:

где степень черноты металла и кладки принимаем ε_м = ε_к = 0,8.

Коэффициент B найдем по формуле:

;

Коэффициент А по формуле:

;

 

Удельный тепловой поток излучением на металл по формуле:

;

где С_s=5,77 Вт/(м²К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; t_r,t_k,t_м – температуры соответственно продуктов сгорания, внутренней поверхности кладки и металла.

Коэффициент теплоотдачи излучением по формуле:

 

;

 

 

Таким образом, на первом расчетном участке преобладает теплообмен конвекцией.

Общий коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией по формуле:

.

По таблице приложения 17 «Методики расчета нагревательных и термических печей» В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц определяем коэффициент теплопроводности металла при средней температуре t_м.ср1=125˚С – λ₁ = 49 Вт/(м·К) и среднюю теплоемкость металла при температуре t_м.кон1=230˚С – с₁ = 0,57 кДж/(кг·К).

Расчетная толщина металла при двухстороннем нагреве:

Число Био находим по формуле:

т.е. изделия теплотехнически тонкие, поэтому дальнейший расчет нагрева металла ведем как нагрев теплотехнически тонкого тела при теплообмене по закону конвекции.

В этом случае теплообмен излучением и конвекцией учитывают при определении величины общего коэффициента теплоотдачи излучением и конвекцией α, а продолжительность нагрева теплотехнически тонкого тела рассчитывают по формуле:

где к_ф – коэффициент формы, для цилиндра к_ф = 2; S – характерный размер, м; с – средняя теплоемкость тела, кДж/(кг·К); t_r – температура окружающей среды, ˚С; t_н и t_к – соответственно начальная и конечная температуры тела, ˚С; α – общий коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией, Вт(м²·К), q – плотность тела, кг/м³.