ПРИМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРЕПЯТСТВИЙ В КАМЕРНЫХ ПЕЧАХ

Yu. G. Kachan, A. A. Vizer, A. V. Sybir

Аннотация


Цель работы. Исследование возможности применения пространственного электрического поля для создания теплового барьера с целью улучшения турбулентного движения газов в рабочем пространстве камерной печи и увеличения их плотности в зоне расположения нагреваемой садки металла.
Методы исследований. С помощью комплекса программ, позволяющих прогнозировать с учетом турбулентности потоков движение печных газов, проведены расчетные исследования полей их скоростей в камере.
Полученные результаты. Выполнено расчетное исследование турбулентного движения продуктов сгорания в камерной печи. Получено картину полей скоростей газов в рабочем объеме и проведен анализ по эффективности их использования в зоне расположения металлических изделий, которые нагреваются. Установлено, что основная часть теплоты нагревает верхнюю часть печи и только потом опускается вниз камеры, где газы незначительной плотности контактируют с металлом, при этом большее их количество просто удаляется через дымовые окна, не отдав теплоты. Последнее приводит к перерасходу первичного энергоресурса и уменьшения энергетической эффективности печи в целом. Предложено создать тепловой барьер путем направления некоторого количества последних перпендикулярно той их части, которые удаляются из печи. Управляющим воздействием в данном случае служит указанное соотношение объемов газов. Результаты моделирования циркуляционного движения печных газов при наличии теплового барьера показали, что их массовый расход вблизи заготовки растет, а это свидетельствует о возможности достижения нужной температуры металла при меньшем расходе природного газа.
Научная новизна. Впервые доказано, что применять тепловой барьер целесообразно путем создания пространственного электрического поля в камере печи между горелкой и садкой металла.
Практическая ценность. Внедрение предложенного способа создания теплового барьера с помощью пространственного электрического поля может способствовать повышению энергоэффективности камерных печей.

Ключевые слова


пространственное электрическое поле; математическое моделирование; камерная печь; тепловой барьер; циркуляция печных газов

Полный текст:

PDF (Українська)

Литература


Yarymbash, S. T., Kilimnik, I. M., Yarymbash, D. S. (2011). Osobennosti jelektroteplovyh rezhimov glavnyh shinnyh paketov pechej grafitacii peremennogo toka, Electrical Engineering and Power Engineering, 1, 64–69. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2011-1-10.

Yarymbash, D. S., Olejnikov, A. M. (2013). Analiz jenergojeffektivnosti konstrukcij torcevyh soedinenij bokovyh shinnyh paketov i tokopodvodov pechej grafitacii Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 26–34. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2013-2-3.

Svinolobov, N. P., Brovkin, V. L. (2002). Teoreticheskie osnovy metallurgicheskoj teplotehniki: uchebnoe posobie dlja vuzov, Dnipropetrovsk, Porogi, 154.

Gubinskij, V. I. (2004). Nagrevatel’nye pechi metallurgii - segodnja i zavtra, The Theory and practice of metallurgy, 6, 56-60.

Birjukov, A. B. (2012). Jenergojeffektivnost’ i kachestvo teplovoj obrabotki materialov v pechah: monografija, Donetsk, Noulidzh, 47.

Pat. Ukraine, 116305, Cposіb termіchnoї obrobki metalu u kamernih pechah perіodichnoї dії/ Ju. G. Kachan, A. A. Vіzer, V. L. Kovalenko, (Ukraine) ; applicant Zaporizhye State Engineering Academy. – u201612960 ; appdate 19.12.2016 ; pubdate 10.05.2017, bul. № 9. 4p.

Kachan, Ju. G., Stepkin, V. V., Liush, Ju. B. (2012). O povyshenii jenergojeffektivnosti kamernyh nagrevatel’nyh pechej s vykatnym podom putem izmenenija polozhenija gorelochnyh ustrojstv, Theory and the practician of metallurgy: nation-wide scientific and technical magazine, 5–6 (88–89), 87–91.

Kachan, Ju. G., Kovalenko, V. L., Vіzer, A. A. (2013). Shhodo mozhlivostі keruvannja teplovimi potokami prostorovim elektrichnim polem, Metallurgical heating engineering : collection of scientific labours of the National metallurgical academy of Ukraine, 13, 80–84.

Yakhot, V., Orszag, S., Thangam, S.et. al. (1992). Development of turbulence models for shear flows by a double technique. Phys. Fluids A., 4, 7, 1510–1520. DOI 10.1063/1.858424.

Lauder, B. E. (1974). The numerical computation of turbulent flow. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3, 269–289.

Sibir’, A. V. (2007). Modelirovanie teploobmena v kamernoj pechi s central’noj regenerativnoj gorelkoj, Bulletin of Dnipropetrovsk University. Series: Mechanics, 2/1, 131–139.

Stepanov, E. M., D’jachkov, B. G. (1968). Ionizacija v plameni i jelektricheskoe pole, Moscow, Metallurgija, 312.

Huang, М. (2005). Ehd-enhanced heat and mass transfer: dissertation ... doctor of philosophy, Norman, The University of Oklahoma, 152.

Mahmoudi, S. R. (2012). Electrohydrodynamic enhancement of heat transfer and mass transport in gaseous media, bulk dielectric liquids and dielectric thin liquid films: dissertation ... doctor of philosophy, London: The University of Western Ontario, 253.

Dulikravich, G. S., Colaco, M. J. (2006). Convective heat transfer control using magnetic and electric fields. Journal of Enhanced Heat Transfer, 13 (2), 139–155.


Пристатейная библиография ГОСТ


1. Ярымбаш С. Т. Особенности электротепловых режимов главных шинных пакетов печей графитации переменного тока / С. Т. Ярымбаш, И. М. Килимник, Д. С. Ярымбаш // Електротехніка та електроенергетика. – 2011. – №1. – С. 64–69. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2011-1-10.

2. Ярымбаш Д. С. Анализ энергоэффективности конструкций торцевых соединений боковых шинных пакетов и токоподводов печей графитации / Д. С. Ярымбаш, А. М. Олейников // Електротехніка та електроенергетика. – 2013. – №2. – С. 26-34. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2013-2-3.

3. Свинолобов Н. П. Теоретические основы металлургической теплотехники: учебное пособие для вузов / Н. П. Свинолобов , В. Л. Бровкин – Днепропетровск: Пороги, 2002. – 154 с.

4. Губинский В.И. Нагревательные печи металлургии - сегодня и завтра / В.И. Губинский // Теория и практика металлургии. – 2004. – № 6. – С. 56–60.

5. Бирюков А. Б. Энергоэффективность и качество тепловой обработки материалов в печах: монография / А. Б. Бирюков. – Донецк: Ноулидж, 2012. – 247 с.

6. Пат. 116305 Україна МПК 2007 C21D 9/00. Cпосіб термічної обробки металу у камерних печах періодичної дії / Ю. Г. Качан, А. А. Візер, В. Л. Коваленко (Україна) ; заявник Запорізька державна інженерна академія. – u201612960 ; заявл. 19.12.2016 ; опубл. 10.05.2017, Бюл. № 9 – 4с.

7. Качан Ю.Г. О повышении энергоэффективности камерных нагревательных печей с выкатным подом путем изменения положения горелочных устройств / Ю. Г. Качан, В.

В. Степкин, Ю. Б. Лиуш // Теория и практика металлургии: общегосударственный научно-технический журнал. – 2012. – №5–6 (88–89). – C. 87–91.

8. Качан Ю. Г. Щодо можливості керування тепловими потоками просторовим електричним полем. / Ю. Г. Качан, В. Л. Коваленко, А. А. Візер // Металлургическая теплотехника : сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. – 2013. – № 13. – С. 80–84.

9. Yakhot V., Orszag S., Thangam S.et. al. Development of turbulence models for shear flows by a double technique. Phys. Fluids A., 1992, vol.4, no.7, pp. 1510–1520. DOI 10.1063/1.858424.

10. Lauder B.E. The numerical computation of turbulent flow. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1974. – Vol. 3. – P. 269–289.

11. Сибирь А. В. Моделирование теплообмена в камерной печи с центральной регенеративной горелкой / А. В. Сибирь, С. И. Решетняк, В. И. Губинский // Вісник Дніпропетровського університету. Серія Механіка. – 2007. – № 2/1. – С. 131–139.

12. Степанов Е. М. Ионизация в пламени и электрическое поле / Е. М. Степанов, Б. Г. Дьячков. – М. : Металлургия, 1968. – 312 с.

13. Huang М. Ehd-enhanced heat and mass transfer: dissertation ... doctor of philosophy / Мeirong Huang . – Norman: The University of Oklahoma, 2005. – 152 p.

14. Mahmoudi S. R. Electrohydrodynamic enhancement of heat transfer and mass transport in gaseous media, bulk dielectric liquids and dielectric thin liquid films: dissertation ... doctor of philosophy / Mahmoudi Seyed Reza. – London: The University of Western Ontario, 2012. – 253 p.

15. Dulikravich G. S., Colaco M. J. Convective heat transfer control using magnetic and electric fields. Journal of Enhanced Heat Transfer, 2006, no.13 (2), pp. 139–155.





DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-1-3

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Copyright (c) 2017 Yu. G. Kachan, A. A. Vizer, A. V. Sybir

Creative Commons License
Эта работа лицензирована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Адрес редакции журнала:
Редакция журнала «E&E», Запорожский национальный технический университет, 
ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69063, Украина. 
Телефон: 0 (61) 769-82-96 – редакционно-издательский отдел
E-mail: rvv@zntu.edu.ua