28 Вариант

1. Расчет горения топлива

Исходные данные:

CH₄=85,7%, C₂H₆=11,3%, C₄H₁₀=1,6%, C₂H₈=1,4

Температура воздуха: t_в=20 ⁰С

Коэффициент избытка воздуха: α=1,04

Состав топлива:

CH₄ + С_mH_n = 100 %.

85,7+11,3+1,6+1,4 =100

Определение количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива.

1) Количество кислорода необходимое для горения:

=

=0.01*(2*CH₄+3.5*C₂H₆+6.5*C₄H₁₀+4*C₂H₈)=0.01*(2*85,7+3.5*11,3+6.5*1,6+4*1,4)=2,2695

2) Количество теоретически необходимого воздуха:

=4,76*2,2695=10,8028

3) Действительное количество воздуха необходимого для горения:

L_α = αL₀=1,04*10,8028=11,2349

Количество и состав продуктов горения (ПГ):

1) Объем RO₂, в м³/м³:

.=0.01*(CH₄+2*C₂H₆+4*C₄H₁₀+2*C₂H₈) =0.01*(85,7+2*11,3+4*1,6+2*1,4) =1,175

2) Водяной пар образуется при горении углеводородов, водорода и сероводорода. Тогда количество водяного пара в продуктах полного горения, м³/м^3:

.=0.01*(2*CH₄+3*C₂H₆+5*C₄H₁₀+4*C₂H₈)= 0.01*(2*85,7+3*11,3+5*1,6+4*0+4*1,4)=2,189

3) Объем азота, м³/м³:

.=3,76*2,2695=8,5333

4) Объем избыточного кислорода, м³/м³:

=0,04*2,2695=0,0908

5) Объем избыточного азота, м³/м³:

=3,76*0,0908=0,3413

6) Суммарный объем азота, м³/м³:

=8,5333+0,3413=8,8747

7) Теоретическое количество продуктов сгорания (дыма):

=1,175+2,189+8,5333=11,8973

8) Общее количество продуктов сгорания (дыма):

=11,8973+0,0908+0,3413=12,3294

9) Состав продуктов сгорания (дыма), %:

=(1,175*100)/12,3294=9,53

=(2,189*100)/12,3294=17,7543

=(8,8747*100)/12,3294=71,9794

=(0,0908*100)/12,3294=0,7363

10) Плотность продуктов сгорания, кг/м³:

=0,01*(44*9,53+28*71,9794+18*17,7543+32*0,7363)=1,2401

Определение температуры горения топлива:

1) Теплота сгорания газа, кДж/м³:

358*CH₄+636*C₂H₆+1185*C₄H₁₀+590*C₂H₈=40589,4

2) Химическая энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³ :

=40589,4/12,3294=3292,0736

3) Энтальпия воздуха, кДж/м³:

=1,2988*20*(11,2349/12,3294)=23,6701

4) Энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³:

i = i_x+i_в=3292,0736+23,6701=3315,7437

5) Теоретическая температура сгорания, ⁰С:

1967,7877

6) Действительная температура сгорания, ⁰С:

t_n=ηt=0,7*1967,7877=1377,4514

2. Расчет времени нагрева заданной заготовки для ковки (штамповки) в камерной печи

Выбор температурного режима ковки:

Температура начала ковки и конца ковки

Материал: Сталь 20

t_н.к.=1280

t_к.к.=750

Температура рабочего пространства печи:

t_п= t_н.к.+(50…100)=1280+75=1355

Температура конца нагрева:

t_к.н.= t_н.к.+(0…50)=1280+25=1305

Температура начала нагрева:

t_н.н.=20 ⁰С

Критерий Био:

=(284,9384*0,0475)/39,3=0,3444

=3,5*(((1355+273)/100)⁴-((500+273)/100)⁴)/(1355-500)+12=284,9384

Определение времени нагрева

Аналитический расчет времени нагрева заготовок [1]:

1) Суммарный коэффициент теплопередачи учитывающий лучистый и конвективный теплообмен для средней температуры металла, используется для расчета времени нагрева

t_м=0,67t_к.н=0,67*1305=874,35 ⁰С – средняя температура металла

= 3,5*[((1355+273)/100)⁴-((874,35+273)/100)⁴]/(1355-874,35)+12=397,3237

2) Время нагрева:

,

где k₁ – коэффициент формы. Для цилиндра k₁ = 2.

s - толщина пластины или радиус цилиндра [м];

с - средняя удельная теплоёмкость, 695 ;

p - удельный вес при средней температуре, 7600 ;

- суммарный коэффициент теплопередачи учитывающий лучистый и конвективный теплообмен для средней температуры ;

t_Г=t_п– температура газов печи

- конечная температура заготовки, [°C];

- начальная температура заготовки, [°C]

m – коэффициент учитывающий поправку на массивность (см.ниже)

k₃=1,9724

k₂=1,9242

=1+[(1,9724-1)/(1,9242*1,9724)]*0,3444=1,0882

=(0,0475*7600*695)/(2*397,3237)*ln[(1355-20)/(1355-1305)]*1,0882=1128,5799

Т.к. заготовки в печи располагаются на расстоянии равном диаметру, то необходимо ввести поправочный коэффициент k=1,2 учитывающий взаимное расположение заготовок.

Тогда:

18,8097*1,2=22,5716