Physical Process Modeling



Съпротивителни пещи

Материалите включени в тази част са предложени от екипа на Physical Process Modeling

    Класическите методи за анализ на работата на електросъпротивителни пещи са свързани с използване на топлотехническите параметри, на чиято база се съставят алгебрични или диференциални уравнения, в зависимост от изследваните режими – установени или преходни, с или без товар. Тяхното решаване представя развитието на процесите и показва качествата на конструираната пещ, за която е получено съответно задание. В зависимост от условията на работа и изискванията на потребителя са зададени и съответно подлежат на оценка:

        - характеристиките на нагряваното тяло;
        - температурата, времето или скоростта на нагряване;
        - конструктивните особености на ЕСП, влияещи върху процеса;

    Проектирането, извършвано чрез използване на различни методи, осигурява конструктивното и механично оразмеряване на всички елементи, но не дава оценка са развитието на температурните полета при нагряване и охлаждане на комплекса пещ – детайл. Разпространен метод за проектиране е графоаналитичният, в който се използват критерии и графични зависимости:

        - Критерий на Био Bi = ./
        - Критерий на Фурие Fo = .t/d2=t/Tq
        - Критерий на Нуселт: Nu = (k.l)/av = f(Gr; Pe; Re)
        - Критерий на Грасхоф: Gr = (.l3.g.t)/v2
        - Критерий на Пекле: Pe = (.l)/v.v/av
        - Критерий на Рейнолдс Re= (.l)/v
        - Критерий на Прандтл Pr = v/

    Някои от посочените по–горе критерии се отчитат от графични зависимости което довежда до намаляване на точността, има предимно ориентировъчен характер и не съдържа конкретни данни за протичането на преходния процес.
    В съвременните условия този въпрос се решава със сложни програмни продукти, които изискват съответно машинно и интелектуално осигуряване.
    Цел на настоящата разработка е да предложи обобщен модел и съответен подход за разглеждане работата на електросъпротивители пещи (ЕСП). Преходният процес на разгряване, протичащ в стените и нагрявания детайл се решава с модел със съсредоточени параметри в съответните елементи на системата пещ – детайл. За тази цел се съставя система диференциални уравнения (ДУ) или модел чрез метод на крайните елементи (МКЕ). С цел автоматизиране на съставянето на системата ДУ е разработен софтуер (от екипа на Physical Process Modeling), при използване на който не се налага употребата на скъпи програмни продукти. Едно от основните предимства на предложеното програмно осигуряване е неговия специализиран характер спрямо разглежданата тема, като на тази база се основава лесната му употреба и настройка.
    Анализът се провежда при следните допускания:

        - Детайлът е хомогенно тяло, в което различията се отчитат чрез плътността. В случай, че се моделира насипен материал се приемат приведени параметри;
        - Топлопренасянето чрез лъчение се приема като основно (за средно и високотемпературни пещи) при разчета на процеса в камерата на пещта;
        - Топлопренасянето към околната среда от корпуса на пещта се извършва чрез естествена конвекция и лъчение;

    Загряваното тяло както и пещта се разглеждат като пространствени масиви от данни, включващи съответните характеристики: - коефициент на топлопроводност, d,S - дебелина и площ на слоевете на стените, q – мощност на отделните нагреватели, n1 - брой на слоевете на стената на пещта, n2 - брой на слоевете на детайла. Чрез компютърна симулация на процеса на топлообмен се получава съответната температурна картина. Софтуерът предлага възможност за разглеждане на двумерен и тримерен модел. След получаването на данни се прави анализ и съпоставка. Получените резултати дават възможност за по-точна оценка и корекция при проектирането и се използват за корекция на някой параметри – геометрични и мощностни характеристики.

    Моделирането на съпротивителни пещи чрез системи диференциални уравнения и преходния процес на работа е изложено на:

    Индиректно загряване на телата – несиметрично
        Едноетапно разгряване на пещта
        Двуетапно разгряване

    Преходен процес на разгряване на електросъпротивителни пещи


    Фигури 1 и 2 показват преходен процес на разгряване на електросъпротивителна пещ. Изчислителните процедури са проведени за различни установки пещ-нагрявано тяло. Използван е модел съставен чрез система диференциали уравнения и числената му реализация в MatLab.

    Фигури 3 и 4 представят разпределението на температурно поле в две различни в установки.

    Фигура 3 - неустановен режим при нагряване на множество детайли, разположени в камерата на пещта. Наблюдава се неравномерното разпределение на температурата между вътрешните и външните детайли.
    Фигура 4 - установен режим. Нагряваният детайл е монолитно тяло разположено в камерата на ЕСП. Наблюдава се температурното разпределение в стените - огнеупорен и топлоизолационен материал.


furnace differential equation model

Фигура 1

furnace differential equation model

Фигура 2

furnace fem model

Фигура 3

furnace fem model

Фигура 4

    Информация по предложената тема: Електросъпротивителни Пещи: част I, част II, част III.


С демонстрационна цел са предложени следните преходни процеси на разгряване на съпротивителни пещи:

MOVIE 1
MOVIE 2
MOVIE 3
MOVIE 4
MOVIE 5
MOVIE 6
MOVIE 7
MOVIE 8
MOVIE 9
MOVIE 10
MOVIE 11
MOVIE 12
MOVIE 13
MOVIE 14
MOVIE 15
MOVIE 16
MOVIE 17
MOVIE 18
MOVIE 19
MOVIE 20
MOVIE 21
MOVIE 22
MOVIE 23
MOVIE 24
MOVIE 25
MOVIE 26
MOVIE 27
MOVIE 28
MOVIE 29
MOVIE 30
MOVIE 31
MOVIE 32
MOVIE 33
MOVIE 34
MOVIE 35
MOVIE 36
MOVIE 37
MOVIE 38
MOVIE 39
MOVIE 40
MOVIE 41
MOVIE 42
MOVIE 43
MOVIE 44
MOVIE 45
MOVIE 46
MOVIE 47
MOVIE 48
MOVIE 49
MOVIE 50
MOVIE 51
MOVIE 52
MOVIE 53
MOVIE 54
MOVIE 55
MOVIE 56
MOVIE 57
MOVIE 58
MOVIE 59
MOVIE 60
MOVIE 61
MOVIE 62
MOVIE 63
MOVIE 64
MOVIE 65
MOVIE 66
MOVIE 67
MOVIE 68
MOVIE 69
MOVIE 70
MOVIE 71
MOVIE 72
MOVIE 73
MOVIE 74
MOVIE 75
MOVIE 76
MOVIE 77
MOVIE 78
MOVIE 79
MOVIE 80
MOVIE 81

Преходните процеси показват работата на съпротивителни камерни и шахтови пещи при различни режими на работа. Разгледани са и отделни елементи от установката: нагреватели, отделна част от изолацията, врата, термодвойка и т.н. По-голямата част от симулациите отговарят на реални устройства, но има и такива представени хипотетично с демонстрационна цел. Екипът на Physical Process Modeling ще се въздържи от подробно разясняване на предложения материал. За повече информация се свържете с нас.

   

   



Physical Process Modeling