- •Методические указания
- •Введение
- •I. Общие указания по выполнению лабораторных работ
- •II. Правила техники безопасности при работе с нагревательными устройствами и нагретым металлом
- •Исследование окалинообразования при нагреве Лабораторная работа №I
- •Нагрев и охлаждение твердого тела Лабораторная работа №2 /4 часа/
- •Влияние расположения заготовок в печи на время нагрева Лабораторная работа 3
- •Исследование тепловой характеристики электрической нагревательной печи Лабораторная работа 4
- •Библиографический список
- •Содержание
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Исследование тепловой характеристики электрической нагревательной печи Лабораторная работа 4
/4 часа/
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Под тепловой характеристикой нагревательной печи понимается зависимость показателей ее тепловой работы при нагреве металла от напряженности пода.
Характеристиками тепловой работы электрической нагревательной печи являются следующие показатели:
абсолютный расход электрической энергии за время нагрева:
Дж; (11)
где I – сила тока, А ;
U – напряжение в силовой цепи, В;
τ – время нагрева металла, 0С.
удельный расход электрической энергии:
(12)
где М - масса нагреваемого металла, кг;
эффективный коэффициент полезного действия, определяющий отношение расхода электрической энергии на нагрев металла к всему количеству электрической энергии, потребляемой печью за время нагрева:
, (13)
где М - масса металла, одновременно находящегося в печи, кг;
- начальная и конечная температуры нагреваемого металла, 0С;
- теплоемкости нагреваемого металла при температурах
, кДж/кг0С (С – из табл. 4).
удельная производительность пода печи (напряженность пода печи):
, (14)
где F – площадь пода печи, м2;
τ – время нагрева, ч.
Изменение напряженности пода печи оказывает влияние на показатели тепловой работы (Е, e, ηэфф). Напряженность пода считается оптимальной, если она обеспечивает наибольшую величину ηэфф и наименьшую величину e.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Экспериментально установить тепловую характеристику лабораторной электрической печи при нагреве заготовок различной массы.
ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛ, ИНСТРУМЕНТЫ
Объектом исследования является камерная электрическая печь сопротивления, снабженная терморегулятором, поддерживающим заданный температурный режим рабочего пространства.
Для измерения расхода электроэнергии в силовую цепь печи включен счетчик электроэнергии.
В качестве нагреваемого металла используются цилиндрические заготовки из мало или среднеуглеродистой стали диаметрами 20, 40, 60, 70, 80 мм и длиной 120 мм, имеющие осевые отверстия для размещения термопары. Для посадки заготовок в печь и извлечения их из печи используются кузнечные клещи или оправка.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Предложенные для нагрева заготовки измерить, используя сведения из табл. 5, определить их массу. Результаты внести в табл. 7.
В рабочее пространство печи, нагретой до заданной температуры, посадить заготовку наименьшей массы, установив в ее отверстии термопару. Время посадки заготовки и показания счетчика электроэнергии записать в табл. 7.
Заготовку нагревать до тех пор, пока ее температура не достигнет значения на 50°С ниже температуры рабочего пространства печи. При достижении заготовкой этой температуры прекратить нагрев. Время конца нагрева и показания счетчика электроэнергии, записать в табл. 7. Заготовку извлечь из печи и охладить в ящике с песком.
Повторить этапы эксперимента 1, 2, 3 с остальными заготовками.
Таблица 7
Характеристика режима нагрева
Заготовка |
Время нагрева, ч., мин |
Показания счетчика, кВт.ч. |
||||||
L, м |
D, м |
М, кг |
начало |
конец |
продолжительность |
начало |
конец |
расход кВт.ч. |
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Определить показатели тепловой работы печи при нагреве заготовок различной массы, используя уравнение (12), (13), (14), переведя предварительно размерность расхода электроэнергии из кВт.ч в кДж.
Результаты расчета представить в табл. 8 и в виде графика по рис. 6.
Таблица 8
Показатели тепловой работы печи
М, кг |
Х, кг/м2 ч |
Е, кДж |
е, кДж/кг |
ηэфф |
|
|
|
|
|
Рис. 6
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что называется абсолютным и удельным расходом электроэнергии при нагреве металла?
Что выражает полный КПД электрической нагревательной печи?
Какова размерность напряженности пода печи?