MODEL PRŮBĚŽNÉ OHŘÍVACÍ PECE

Podobné dokumenty
TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

1 Zatížení konstrukcí teplotou

102FYZB-Termomechanika

Přednáška č. 5: Jednorozměrné ustálené vedení tepla

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

TERMIKA II. Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla;

Technologie a procesy sušení dřeva

Šíření tepla. Obecnéprincipy

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

Příloha-výpočet motoru

Výpočtové nadstavby pro CAD

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM tepelně-fyzikální parametry

M T I B A ZÁKLADY VEDENÍ TEPLA 2010/03/22

1. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ŠÍŘENÍ TEPLA

Část 5.2 Lokalizovaný požár

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123MAIN tepelně-fyzikální parametry

1 Vedení tepla stacionární úloha

Termomechanika 10. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Záření KZ. Význam. Typy netermálního záření. studium zdrojů a vlastností KZ. energetické ztráty KZ. synchrotronní. brzdné.

VI. Nestacionární vedení tepla

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

POVLAKY S VYSOKOU EMISIVITOU A METODY JEJICH VYSOKOTEPLOTNÍHO TESTOVÁNÍ

9 OHŘEV NOSNÍKU VYSTAVENÉHO LOKÁLNÍMU POŽÁRU (řešený příklad)

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

Tepelná vodivost pevných látek

8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

CFD simulace vícefázového proudění na nakloněné desce: porovnání smáčivosti různých kapalin. Martin Šourek

Měření prostupu tepla

Dynamická viskozita oleje (Pa.s) Souřadný systém (proč)?

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

Řešený příklad: Požární odolnost uzavřeného svařovaného průřezu

Termomechanika cvičení

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. Vytápění prostorů. Základní pojmy

ODHAD VÝVOJE TOKU TEPLA DO PŮDY The Estimation of Evolution of the Heat Flux into Soil

Numerická simulace sdílení tepla v kanálu mezikruhového průřezu

Modelování a simulace Lukáš Otte

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Fyzikální podstata DPZ

Výpočet stlačitelného proudění metodou konečných objemů

OPERATIVNÍ TEPLOTA V PROSTORU S CHLADICÍM STROPEM

Identifikátor materiálu: ICT 2 54

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

Školení CIUR termografie

Miloslav Dohnal 1 PROCESNÍ VÝPOČTY TECHNOLOGIÍ

Toky energie v ekosystémech a evapotranspirace. Jakub Brom LAE ZF JU a ENKI o.p.s.

Optimalizace teplosměnné plochy kondenzátoru brýdových par ze sušení biomasy

ELT1 - Přednáška č. 6

Charakteristika matematického modelování procesu spalování dřevní hmoty v aplikaci na model ohniště krbových kamen

SKLENÍKOVÝ EFEKT 2010 Ing. Andrea Sikorová, Ph.D.

Teplotní roztažnost Přenos tepla Kinetická teorie plynů

MODEL DYNAMICKÉHO TEPELNÉHO CHOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH DETAILŮ

JEDNOTKY. E. Thöndel, Ing. Katedra mechaniky a materiálů, FEL ČVUT v Praze. Abstrakt

DZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE H A B I L I T A Č N Í. Veličiny charakterizující sálavé vlastnosti. neprůteplivých stavebních materiálů

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

Teplotní pole v programu ANSYS

SDÍLENÍ TEPLA A ÚSPORY ZATEPLENÍM I.

Patrice Marek. Západočeská univerzita v Plzni. * Podpořeno z OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta elektrotechnická. Disertační práce INOVAČNÍ PRVKY V NÁVRHU ELEKTROTEPELNÝCH ODPOROVÝCH ZAŘÍZENÍ

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 3. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

LOCAFI+ Experimenty a modely lokálního požáru

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

MĚŘENÍ EMISÍ A VÝPOČET TEPELNÉHO VÝMĚNÍKU

1/55 Sluneční energie

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Senzory průtoku tekutin

Insolace a povrchová teplota na planetách mimo sluneční soustavu. Michaela Káňová

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. Vytápění místností. Princip

Základní otázky ke zkoušce A2B17EPV. České vysoké učení technické v Praze ID Fakulta elektrotechnická

přenosu tepla seznámí s teoretickou stránkou této problematiky, kterou si dále osvojují v následných

POČÍTAČOVÝ PROGRAM KOLEKTOR 2.1 PRO MODELOVÁNÍ SOLÁRNÍCH KOLEKTORŮ

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Průběh požáru TEPLOTNÍ ANALÝZA POŽÁRNÍHO ÚSEKU. Zdeněk Sokol. 2: Tepelné zatížení. 1: Vznik požáru. 3: Teplota konstrukce

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Vliv prosklených ploch na vnitřní pohodu prostředí

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - Kolokvium Božek 2012, Roztoky -

SIMULACE INDUKČNÍHO OHŘEVU

Ročník: 1. Mgr. Jan Zmátlík Zpracováno dne:

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

Fyzika laserů. 7. března Katedra fyzikální elektroniky.

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

DIPLOMOVÁ PRÁCE SESTAVENÍ A REDUKCE ŘÁDU MODELU SYSTÉMU S PROSTOROVĚ

TEPELNÁ BILANCE EXPERIMENTÁLNÍCH KAMEN

14. ELEKTRICKÉ TEPLO. Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

CFD. Společnost pro techniku prostředí ve spolupráci s ČVUT v Praze, Fakultou strojní, Ústavem techniky prostředí

Postupné, rovinné, monochromatické vlny v lineárním izotropním nemagnetickém prostředí

VoF-Navier-Stokesových rovnic při. Jakub Smutek

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

PRUŽNOST A PEVNOST II

Přenos tepla 1: ustálený stav, okrajové podmínky, vliv vlhkosti. Ing. Kamil Staněk, Ph.D. 124XTDI TERMOVIZNÍ DIAGNOSTIKA.

Transkript:

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA KYBERNETIKY MODELOVÁNÍ A SIMULACE MODEL PRŮBĚŽNÉ OHŘÍVACÍ PECE SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Vypracoval: 2011 1

I. ZADÁNÍ Sestavte model průběžné ohřívací spalovací pece k ohřevu oceli pomocí jazyku Modelica. 1. POPIS SYSTÉMU Průběžná ohřívací spalovací pec k ohřevu oceli je velice zajímavý dynamický systém. Taková pec je izolovaná komora podlouhlého tvaru, jejímž smyslem je ohřev materiálu pomocí uvolněného tepla při spalování směsi plynu se vzduchem, viz Obrázek 1. výstup spalin Termočlánek Hořák Materiál vsázka kolejnice plamen Válcovna Zóny: plnící dávkovací předehřívací ohřívací vyrovnávací Obrázek 1 Schéma pece Průběžné pece bývají rozděleny do několika zon, kde jsou hořáky a měřící senzory. Směr proudu spalin jde proti směru pohybu ohřívaných kusů materiálu. Ocelové bramy(slaby) se ohřívají ze vstupní teploty 20 C až na požadovanou teplotu kolem 1150 C, přičemž se žádá homogenní teplota v celém průřezu. Velikost a rychlost slabů se může v čase měnit. Z ekonomického a ekologického hlediska se žádá minimální spotřeba paliva. 2. FYZIKÁLNÍ POPIS Díky závislosti na čtvrté mocnině teploty je sálání (tepelná radiace) dominantní tepelný přenos [1], [2]. Teplo uvolněné při spalování směsi se vyzařuje a při částečném pohlcovnání transparentním médiem se šíři prostorem ve všech směrech. Při dopadu na povrch stěny nebo slabu se částečně odráží a částečně pohlcuje [3]. Teplé povrchy sálají. Uvnitř materiálu dochází k přenosu tepla vedením. Malou část přenosu tepla ze spalin na materiál a stěny je konvekcí. Pohyb spalin je pro zjedošení předpokládán jednorozměrný (pístový). 2

Vedeni Ztraty Zdroj Salani a pohlcovani v plynu Odraz Salani povrchu Pohlceni Vedeni Vedeni Ztraty Obrázek 2 Tepelná bilance Stěna Zdroj Pohyb spalin Prichod spalin Odchod spalin Pohyb slabu Vsazka (slab) Stěna Obrázek 3 Hmotnostní bilance: 3

Kondukce je způsob přenosu tepla probíhající uvnitř vsázky a uvnitř stěn pece. Přechodové vedení ve dvou rozměrech je popsáno parciální diferenciální rovnicí: T T T ρc ( T ) = λ ( T ) + λ ( T ) t x x y y, (I.1) kde T je teplota, t je čas, ρ je hustota, C(T) je tepelná kapacita, λ(τ) je součinitel vedení materiálu, x,y jsou prostorové souřadnice. Okrajové podmínky pro rovnici vedení mohou být uvažovány jako tepelný radiační tok do povrchu stěny (vsázky nebo zdi) = Ω (, )(, ) Rad q I rw s s nw d Ω= 4π kde I ( r s ) w, Rad q, viz rovnice [4],[3]:, (I.2) je intenzita radiace v místě r w (w-wall) a s je směr šíření radiace, n w je normálový vektor plochy, Ω je prostorový úhel. Integro-diferenciální rovnice popisující šíření radiace (RTE) v prostoru vypadá následovně [4], [3]: 1 di ( r, s ) ω0 = I ( r, s ) + ( 1 ω0 ) Ib ( r ) + I ( r, s ) Φ ( s ' s ) dω ' β0 ds 4π Ω ' = 4π kde I ( r, s ) intenzita šíření radiace v místě r a směru s, β 0 je součinitel pohlcení radiace, ω 0 je rozptylový součinitel odrazu, Ibb ( r ) intenzita zážení černého tělesa v místě r, Φ( s ' s ) je rozptylová fázová funkce ze přícházejícího směru do odcházejícího směru. Ω je prostorový úhlel. Intenzita zážení černého tělesa v místě r : I r T b 4 ( ) = σ ( r ) / π,, (I.3) kde σ je Stephan-Boltzmannova konstanta. Totální radiace černého tělesa je pouze funkcí teploty. Okrajové podmínky rovnice šíření sálání jsou tvořeny vyzářením a odrazem, mají následující tvar: 1 ε I r, s = I r + I r, s s ' n dω' w ( ) ε ( ) ( ) w w bbw w w w π s ' nw < 0 (I.4), (I.5) kde (, I rw s ) je intenzita radiace v místě w I r = σt je intenzita záření černého tělesa v místě r w s teplotou v místě T w, ε w je emisivita stěny, n w je normálový vektor plochy stěny, Ω je prostorový úhel: r (w-wall) a s je směr šíření radiace, ( ) 4 / bbw w r w π 4

Model spalování v blokovém schématu [6], [2] Obrázek 4 Prostorový úhel. Obrázek přejat z [5] Obrázek 5 Model spalování v blokovém schématu Divegrence tepelného toku odebíraného plynu sáláním [7] i q( r ) = κ 4 π Ib ( r ) I ( r, s ) dω, (I.6) 4π Popis bude upřesněn a doplněn o další předpoklady. 5

3. POPIS METOD ŘEŠENÍ Pomocí metody konečných objemů [4], [3], [7], [8], vytvořit blok transparentního sálajícího plynu s pohybem spalin a jednoduchým spalováním [2], [9], blok pro vedení tepla ve stěnách a blok pro vedení tepla v pohyblivých slabech. Vytvořit rozhraní pro spojení bloků. Bloky spojit dle uspořádání pece. Simulace. Dále možno zkoušet maximální počet bloků, nelineární parametry vedeni tepla v oceli, nepravidelny pohyb vsazky, návrh řízení pece. II. ZPRACOVANI III. ZAVER IV. PRILOHY V. REFERENCE [1] C. E. J. Baukal, HEAT TRANSFER IN INDUSTRIAL COMBUSTION, CRC Press, 2000. [2] P. Mullinger a B. Jenkins, Industrial and Process Furnaces - Principles, Design and Operation, Elsevier, 2008. [3] M. F. Modest, Radiative Heat Transfer, 2nd Ed., Academic Press, 2003. [4] M. Y. Kim, A heat transfer model for the analysis of transient heating of the slab in a direct-fired walking beam type reheating furnace, International Journal of Heat and Mass Transfer 50, p. 3740 3748, 2007. [5] Y. A. Çengel, Heat and Mass Transfer: A Practical Approach, 3/e, University of Nevada-Reno, 2007. [6] P. V. BARR, The development, verification, and application of a steady-state thermal model for the pusher-type reheat furnace, Metallurgical and materials transactions. B, Process metallurgy and materials processing science, pp. 851-869, 1995. [7] W. J. Minkowicz, E. M. Sparrow a J. Y. Murthy, Handbook of Numerical Heat Transfer, 2nd ed., NY: Wiley, 2006. [8] G. D. Raithby, DISCUSSION OF THE FINITE-VOLUME METHOD FOR RADIATION, AND ITS APPLICATION USING 3D UNSTRUCTURED MESHES, Numerical Heat Transfer Part B: Fundamentals, Volume 35, Number 4,, pp. 389-405, 1999. [9] M. H. Mawhinney a W. Trinks, INDUSTRIAL FURNACES, 6 editor, JOHN WILEY, 2008. 6