Tài liệu Giáo trình lò luyện kim - chương 2 pptx

Chơng 2 công tác nhiệt của lò 2.1 Chế độ làm việc bức xạ Chế độ làm việc bức xạ là chế độ làm việc mà sự trao đổi nhiệt bên ngoài của lò chủ yếu bằng truyền nhiệt bức xạ. Thông thờng các lò có nhiệt độ làm việc cao (trên 600 - 700 o C) đều làm việc ở chế độ bức xạ. 2.1.1. Một số khái niệm và định luật cơ bản về truyền nhiệt bức xạ a) Bức xạ nhiệt và sự hấp thụ năng lợng bức xạ Theo vật lý học hiện đại thì bức xạ nhiệt là một hiện tợng phức tạp, ở một số trờng hợp nó có tính chất sóng, ở một số trờng hợp khác nó lại có tính chất hạt, nghĩa là những luồng hạt bay rất nhanh gọi là lợng tử hay phô-tông. Ngày nay, ngời ta coi bức xạ nhiệt là một dạng của sóng điện từ, có bớc sóng từ 0,76 - 400 àm. Khả năng bức xạ nhiệt của một vật thể đợc đánh giá qua năng lợng bức xạ ứng với một đơn vị diện tích bề mặt vật thể trong một đơn vị thời gian: F Q E = ; [W/m 2 ] (2.1) Trong đó : Q là lợng năng lợng bức xạ của vật thể trong một đơn vị thời gian, [J/s]. F là diện tích bề mặt của vật thể, [m 2 ]. Năng lợng bức xạ ứng với các tia nhiệt có chiều dài bớc sóng khác nhau thì khác nhau, cờng độ bức xạ đơn sắc (I ) ứng với một chiều dài bớc sóng () xác định bởi công thức : = d dE I ; [W/m 2 .m] (2.2) Khi một luồng bức xạ nhiệt (Q) đập tới một vật thể khác, một phần bị vật thể hấp thụ (Q A ), một phần bị phản xạ trở lại (Q R ) còn một phần nó cho đi qua (Q D ). QQQQ DRA =++ Suy ra 1 Q Q Q Q Q Q Q Q DRA ==++ Hay A + R + D = 1 (2.3) Trong đó : A - là khả năng hấp thụ ( hệ số hấp thụ). - 12 - R - là khả năng phản xạ (hệ số phản xạ). D - là khả năng cho qua (hệ số cho qua). Dựa vào khả năng hấp thụ, phản xạ và cho qua đối với bức xạ nhiệt, ngời ta phân chia các vật thể ra nh sau: + Vật đen tuyệt đối : A = 1; R = 0; D = 0. + Vật trắng tuyệt đối : A = 0; R = 1; D = 0. + Vật trong suốt : A = 0; R = 0; D = 1. + Vật xám : A + R = 1; D = 0. Trên thực tế không có vật đen tuyệt đối, tức là các vật hấp thụ hoàn toàn, không phản xạ và cũng không cho qua các tia nhiệt với mọi chiều dài bớc sóng đập tới nó. Ngời ta coi các vật thể hấp thụ hầu hết các tia nhiệt bức xạ tới nó và chỉ phản xạ một phần nhỏ là vật đen. Trong lò công nghiệp, hầu hết các vật liệu ở thể rắn và thể lỏng đợc coi là vật xám (A+R=1), các sản phẩm cháy ở thể khí chỉ có khả năng hấp thụ và cho qua mà không có khả năng phản xạ ( R =0). b) Sự bức xạ và hấp thụ năng lợng bức xạ của vật đen tuyệt đối Mẫu vật đen tuyệt đối đợc chế tạo bằng cách lấy một khối cầu rỗng làm bằng vật liệu hoàn toàn đục ( D=0) rồi khoét một lỗ nhỏ trên thành của nó, bất kỳ một tia nhiệt nào đi qua lỗ vào trong khối cầu đều bị hấp thụ hoàn toàn mặc dầu mặt trong của nó có khả năng phản xạ. a) b) Hình 2.1 Mẫu vật đen tuyệt đối a) Hấp thụ b) Bức xạ Bằng thực nghiệm và lý thuyết ngời ta đã chứng minh đợc các định luật về bức xạ của vật đen tuyệt đối nh sau: + Định luật Plăng: xác lập quan hệ giữa cờng độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với chiều dài bớc sóng và nhiệt độ tuyệt đối của nó: - 13 - 1e .C I T C 5 1 2 = ; [ m.m W 2 ] (2.4) Trong đó: C 1 , C 2 là các hằng số thực nghiệm. [W.m 16 1 10.69,3C = 2 ] [m. 2 2 10.44,1C o K] + Định luật Stêphan-Bolzman: xác lập quan hệ giữa khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ tuyệt đối của nó: 4 0 0 0 Td.IE == = ; [ h.m Kcal 2 ] hay [W/m 2 ] (2-5a) Trong đó: T là nhiệt độ tuyệt đối của vật, [ o K]. 0 là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối: ; [ 8 0 10.7,5 = 4o2 K.m W ] Công thức (2-5a) thờng đợc viết dới dạng sau: 4 00 100 T CE = ; [W/m 2 ] hay [ h.m Kcal 2 ] (2.5b) 7,5C 0 = cũng đợc gọi là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, [ 4o2 K.m W ] + Định luật Lăm-bec-ta: xác lập sự phân bố năng lợng bức xạ theo các hớng trong không gian. Theo định luật Lăm-béc-ta, mật độ tia bức xạ đi ra từ lỗ hở của mẫu vật đen tuyệt đối theo các hớng khác nhau thì khác nhau, nó tỉ lệ với cosin của góc là góc tạo thành bởi hớng nghiên cứu với pháp tuyến của mặt phẳng lỗ hở: = cosEE n (2.6) Trong đó: E n , E là mật độ tia năng lợng theo hớng pháp tuyến và hớng nghiên cứu, là góc giữa hớng nghiên cứu và hớng pháp tuyến. + Định luật bình phơng khoảng cách: mật độ tia bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách tới nguồn bức xạ: 2 1 r r E E = (2.7) - 14 - Trong đó: E 1 là mật độ tia bức xạ ở khoảng cách một mét từ nguồn bức xạ, E r là mật độ tia bức xạ ở khoảng cách r mét tới nguồn bức xạ. c) Sự bức xạ và hấp thụ năng lợng bức xạ của vật xám Trong thực tế tính toán nhiệt trong các lò công nghiệp ngời ta thừa nhận bức xạ của các vật rắn và chất lỏng là bức xạ của vật xám và gọi là bức xạ xám. Đối với vật xám lý tởng, cờng độ bức xạ của nó chỉ khác với cờng độ bức xạ của vật đen tuyệt đối bởi một hệ số nào đó ( < 1) ở cùng một nhiệt độ và bớc sóng. Bởi vậy, khả năng bức xạ của vật xám có thể xác định theo công thức: 4 00 TEE == (2.8a) Hay 44 0 100 T .C 100 T CE = = (2.8b) Hệ số đợc gọi là độ đen của vật xám, C đợc gọi là hệ số bức xạ của vật xám. Nghiên cứu khả năng hấp thụ bức xạ của các vật thể nói chung và vật xám nói riêng, ngời ta thấy nếu một vật thể có khả năng hấp thụ năng lợng bức xạ mạnh thì nó cũng có khả năng bức xạ mạnh. Theo định luật Kiếc-khốp thì: Tỉ số giữa khả năng bức xạ của vật xám và khả năng hấp thụ của nó có giá trị đồng nhất với mọi vật xám và bằng khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ trên. 0 n n 2 2 1 1 E A E A E A E ==== (2-9) So sánh (2.8a) và (2.9) ta thấy với vật xám, giá trị của hệ số hấp thụ A cũng bằng độ đen của nó. d) Sự bức xạ và hấp thụ năng lợng bức xạ của khí Trong các lò luyện kim, khói lò bao gồm các khí có một, hai hay nhiều nguyên tử, những khí có một hay hai nguyên tử nh Ar, N 2 , O 2 , H 2 , CO . có quang phổ bức xạ là những dải hẹp cho nên tổng năng lợng bức xạ của những khí này ở nhiệt độ cao không lớn lắm. Thực tế có thể coi những khí này hoàn toàn không bức xạ nhiệt và cũng không hấp thụ năng lợng bức xạ đi qua nó. Bởi vậy, không khí sạch có thể coi nh vật hoàn toàn trong suốt. Những khí có ba hay nhiều nguyên tử có khả năng hấp thụ và bức xạ khá mạnh ở nhiệt độ cao. Trong các lò luyện kim, quan trọng nhất là sự bức xạ của khí CO 2 và H 2 O, quang phổ của chúng trình bày trên hình 2.2. - 15 - Khí CO 2 : 2,36 - 3,02 àm; 4,01 - 4,08 àm; 12,5 - 16,3 àm. Hơi nớc : 2,24 - 2,27 àm; 4,80 - 8,5 àm; 12 -25 àm. I H 2 O I CO 2 (àm) (àm) Hình 2.2 Quang phổ bức xạ của khí CO 2 và H 2 O Năng lợng bức xạ của khí CO 2 và H 2 O phụ thuộc vào áp suất riêng phần của khí (p), chiều dày có hiệu quả của lớp khí (S hq ) và nhiệt độ, có thể xác định bằng công thức sau: 5,3 3 1 hqCO 100 T )pS.(1,4E 2 = ; [W/m 2 ] (2.10) 3 6,0 hq 8,0 OH 100 T S.p.7,40E 2 = ; [W/m 2 ] (2.11) Từ các công thức trên ta nhận thấy bức xạ nhiệt của khí CO 2 và H 2 O không tuân đúng theo định luật Stêphan- Bôlzman. Tuy nhiên để tính toán đợc thuận lợi ngời ta coi bức xạ của khí cũng tuân theo định luật Stêphan- Bôlzman nhng độ đen của chúng phụ thuộc nhiệt độ. 4 0kk 100 T CE = (2.12) Độ đen của khí k xác định theo công thức: OHCOk 22 += (2.13) Biểu đồ xác định , và có dạng nh trên hình 2.3. 2 CO OH 2 Chiều dày có hiệu quả của lớp khí bức xạ tính theo công thức: F V4 S hq = (2.14) Trong đó: - 16 - + là hệ số đặc trng cho phần năng lợng của khí đến bề mặt vật nung hay tờng lò. Thờng = 0,9 - 0,95. + V là thể tích khối khí, m 3 . + F là diện tích bề mặt bao quanh khối khí, m 2 . 2 CO hqOH S.p 2 hqCO S.p 2 OH 2 OH 2 p hqOH S.p 2 t o C t o C Hình 2.3 Biểu đồ tra 2 CO , OH 2 và e) Hệ số góc bức xạ Xét hai bề mặt tham gia trao đổi nhiệt có diện tích là F 1 và F 2 , nếu từ bề mặt F 1 bức xạ một năng lợng Q 1 ra môi trờng bao quanh thì chỉ một phần năng lợng bức xạ này đập tới bề mặt F 2 và ngợc lại cũng vậy. Ngời ta gọi tỉ số giữa phần năng lợng bức xạ đập tới F 2 (Q 12 ) trên tổng năng lợng bức xạ của mặt F 1 là hệ số góc bức xạ từ mặt F 1 tới mặt F 2 , ký hiệu là 12 : 1 12 12 Q Q = (2-14a) Tơng tự ta có hệ số góc bức xạ từ mặt F 2 tới mặt F 1 là: 2 21 21 Q Q = (2-14b) Hệ số góc bức xạ không phụ thuộc nhiệt độ, hệ số bức xạ, khoảng cách giữa hai mặt mà nó hoàn toàn đợc xác định bởi các góc đặc trng cho vị trí tơng đối giữa hai mặt trong không gian. Dới đây là giá trị của số hệ số góc bức xạ trong một số trờng hợp đơn giản (hình 2.4): - Trờng hợp (a): Hai mặt phẳng song song có khoảng cách nhỏ. 1 2112 == - 17 - - Trờng hợp (b): Hai mặt cầu hoặc hai mặt trụ có khoảng cách bé so với chiều dài lồng nhau: 1 12 = và 2 1 21 F F = F 1 F 2 F 1 F 2 F 1 F 2 F 1 F 2 a) b) c) d) Hình 2.4 Sơ đồ tính hệ số góc bức xạ giữa hai bề mặt - Trờng hợp (c): Mặt cầu rỗng và mặt phẳng cắt nhau. 1 12 = và 2 1 21 F F = - Trờng hợp (d): Hai mặt chỏm cầu tạo thành mặt cầu. 21 2 12 FF F + = và 21 1 21 FF F + = 2.1.2. Chế độ làm việc bức xạ phân bố đều a) Truyền nhiệt ở chế độ bức xạ phân bố đều ở chế độ bức xạ phân bố đều, dòng nhiệt bức xạ từ nguồn nhiệt tới bề mặt vật nung bằng dòng nhiệt bức xạ từ nguồn nhiệt tới tờng và nóc lò (gọi chung là tờng lò). T N V N qq = Đặc trng của chế độ bức xạ phân bố đều là sự phân bố đồng đều của nhiệt độ và độ đen của nguồn nhiệt trong toàn bộ thể tích không gian làm việc của lò. Khi lò làm việc ở chế độ phân bố đều, tờng lò đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi nhiệt. Có thể coi tờng lò nh vật trung gian tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt giữa nguồn nhiệt và vật nung. Do độ đen tờng lò khá lớn ( ), trong quá trình trao đổi nhiệt, tờng lò hấp thụ mạnh bức xạ nhiệt từ nguồn nhiệt đập tới, làm cho nhiệt độ tăng lên và trở thành vật bức xạ truyền nhiệt tới vật nung. Khi ở trạng thái ổn định, nhiệt độ tờng lò càng cao thì lợng nhiệt bức xạ truyền từ tờng lò 6,0 T > - 18 - tới vật nung càng lớn, nếu độ đen của ngọn lửa 1 N = và tổn thất nhiệt qua tờng thì nhiệt độ tờng lò đạt cực đại và bằng nhiệt độ ngọn lửa: 0q tt = NT TT = Trong thực tế, do 1 N < và tổn thất nhiệt qua tờng nên nhiệt độ tờng thờng nằm trong khoảng giữa nhiệt độ vật nung và nhiệt độ ngọn lửa: 0q tt > NTV TTT << Độ đen của nguồn nhiệt cũng ảnh hởng lớn tới hiệu quả truyền nhiệt tới vật nung, khi tăng hiệu quả truyền nhiệt tăng. N b) Chọn nhiên liệu và phơng pháp đốt Chế độ làm việc bức xạ phân bố đều đợc ứng dụng rộng rãi trong các lò nhiên liệu. Tiêu chuẩn quan trọng để chọn nhiên liệu khi lò làm việc ở chế bức xạ phân bố đều là khả năng tạo ra ngọn lửa có độ sáng cao ( N lớn). Do vậy, nhiên liệu thích hợp là các loại nhiên liệu khí chứa nhiều cacbuahydro (CH 4 , C m H n ), nhiên liệu lỏng và nhiên liệu bụi. Với các nhiên liệu chứa nhiều cacbuahydro, khi cháy cacbuahydro phân hủy tạo ra một lợng lớn hạt cacbon có độ sáng cao làm cho ngọn lửa có độ sáng cao. Về phơng pháp đốt, do độ sáng của ngọn lửa bao giờ cũng cao hơn độ sáng của sản phẩm cháy nên khi điều kiện công nghệ cho phép, cần kết hợp quá trình đốt cháy và quá trình trao đổi nhiệt trong cùng một không gian làm việc của lò. Mặt khác, phải tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình cacbon hóa tự nhiên của ngọn lửa trong quá trình cháy. Nung nóng trớc nhiên liệu và không khí làm tăng khả năng các bon hóa tự nhiên, còn hòa trộn trớc khí đốt và không khí lại cản trở sự cacbon hoá. c) Cơ học khí Đối với chế độ bức xạ phân bố đều, một yêu cầu quan trọng là phải tạo sự đồng nhất của trờng nhiệt độ và độ sáng của khí lò. Để đạt đợc điều đó, thờng dùng nhiều mỏ đốt công suất nhỏ và bố trí sao cho tạo ra sự xáo trộn mạnh giữa ngọn lửa và sản phẩm cháy. Các miệng kênh khói cần bố trí hợp lý để không hình thành các góc chết (tại đó khí lò không lu thông), không đợc bố trí miệng kênh khói đối diện với mỏ đốt khi khoảng cách giữa chúng không đủ lớn. 2.1.3. Chế độ làm việc bức xạ trực tiếp a) Truyền nhiệt ở chế độ bức xạ trực tiếp - 19 - ở chế độ bức xạ trực tiếp, dòng nhiệt bức xạ từ nguồn nhiệt tới bề mặt vật nung lớn hơn dòng nhiệt bức xạ từ nguồn nhiệt tới tờng và nóc lò. T N V N qq > Đặc trng của chế độ bức xạ trực tiếp là sự phân bố không đồng đều của trờng nhiệt độ và độ đen của nguồn nhiệt trong không gian làm việc của lò. Vùng gần bề mặt vật nung là vùng có nhiệt độ và độ sáng cao, vùng gần tờng và nóc lò là vùng có nhiệt độ và độ sáng thấp. Trong lò nhiên liệu, vùng có nhiệt độ cao chính là vùng chứa ngọn lửa, giữa ngọn lửa và vật nung, cũng nh giữa ngọn lửa và tờng lò là lớp sản phẩm cháy có nhiệt độ thấp. Khi dòng nhiệt từ vùng ngọn lửa có nhiệt độ cao đi qua lớp khí có nhiệt độ thấp, bị các lớp khí này hấp thụ một phần nên cờng độ của nó giảm. - Vai trò của tờng lò: Trong chế độ này, nhiệt độ tờng lò thấp và tờng lò có chức năng công tác nhiệt nhẹ hơn so với chế độ bức xạ phân bố đều. - Vai trò của ngọn lửa: hiệu quả trao đổi nhiệt phụ thuộc nhiệt độ và độ sáng của vùng nhiệt độ cao (ngọn lửa), độ đen của lớp có nhiệt độ thấp (sản phẩm cháy). Khi nhiệt độ cực đại của ngọn lửa ở chế độ bức xạ trực tiếp bằng nhiệt độ ngọn lửa ở chế độ bức xạ phân bố đều thì nhiệt độ trung bình của nó thấp hơn. Do vậy, để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt cần nâng cao nhiệt độ cực đại của ngọn lửa. Việc tăng độ sáng của lớp có nhiệt độ cao và giảm độ đen của lớp có nhiệt độ thấp làm tăng tính định hớng bức xạ về phía vật nung. b) Chọn nhiên liệu Chế độ làm việc bức xạ trực tiếp thờng dễ dàng thực hiện trong các lò nhiên liệu. Để tạo ra ngọn lửa có độ sáng cao, nhiên liệu phải có khả năng cacbon hóa cao, do đó nhiên liệu thích hợp là các loại nhiên liệu khí chứa nhiều cacbuahydro, nhiên liệu lỏng, nhiên liệu bụi. c) Cơ học khí và phơng pháp đốt Về phơng pháp đốt, cần đốt nhiên liệu sao cho tạo ra ngọn lửa tập trung chủ yếu trong vùng nhiệt độ cao, trong vùng nhiệt độ thấp chủ yếu chứa sản phẩm cháy. Chuyển động của khí trong lò không gây ra sự xáo trộn giữa hai vùng. Do vậy, thờng chọn thiết bị đốt có công suất lớn, số lợng ít, các thiết bị đốt đợc bố trí về một bên, hớng ngọn lửa về gần bề mặt nung, miệng kênh khói bố trí đối diện với thiết bị đốt, tạo ra dòng chuyển động thẳng của khí trong lò là tốt nhất. d) Lĩnh vực ứng dụng - 20 - Chế độ bức xạ trực tiếp đợc ứng dụng rộng rãi trong các lò nấu chảy nh lò luyện thép, lò nấu gang, lò nấu thuỷ tinh Chế độ bức xạ trực tiếp cũng đợc dùng trong các lò nung để nung vật mỏng cũng nh vật dày, tuy nhiên khi nung vật dày hiệu quả thấp hơn chế độ bức xạ phân bố đều. 2.1.4. Chế độ làm việc bức xạ gián tiếp a) Truyền nhiệt ở chế độ bức xạ gián tiếp, dòng nhiệt bức xạ từ nguồn nhiệt tới bề mặt vật nung bé hơn dòng nhiệt bức xạ từ nguồn nhiệt tới tờng và nóc lò. T N V N qq < Đặc trng của chế độ bức xạ trực tiếp là sự phân bố không đồng đều của trờng nhiệt độ và độ đen của nguồn nhiệt trong không gian làm việc của lò. Vùng gần bề mặt tờng, nóc lò có nhiệt độ và độ sáng cao, vùng gần bề mặt vật nung có nhiệt độ và độ sáng thấp. Dòng nhiệt từ nguồn nhiệt chủ yếu tập trung lên nóc lò và tờng lò, chuyển thành bức xạ xám truyền đến vật nung. Để thực hiện chế độ bức xạ trực tiếp ngời ta sử dụng các phơng pháp sau: - Trong các lò nhiên liệu, hớng thiết bị đốt về phía tờng và nóc lò, tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ và độ sáng cao nằm gần tờng và nóc lò, vùng gần vật nung chứa sản phẩm cháy có nhiệt độ và độ sáng thấp. - Dùng các thiết bị đốt có mặt gốm đặt ở nóc lò tạo ra bề mặt bức xạ. Trong trờng hợp này, hỗn hợp khí đốt và không khí đợc hòa trộn trớc và đợc đốt cháy cỡng bức ngay trên mặt gốm làm cho bề mặt gốm bị nung lên đến nhiệt độ gần nhiệt độ cháy của nhiên liệu, đồng thời bề mặt nóc lò cũng bị nung nóng lên nhiệt độ cao tạo nên bề mặt bức xạ, dòng nhiệt bức xạ qua lớp khí trong lò đập tới vật nung. - Dùng tờng và nóc lò có bề mặt phản xạ cao ( 97,095,0R = ), khi đó hầu hết luồng nhiệt đập tới tờng và nóc lò bị phản xạ tới bề mặt vật nung. Trong chế độ bức xạ gián tiếp, vai trò công tác nhiệt của tờng và nóc lò nặng hơn nhiều so với các chế độ trên. Độ phát triển của tờng lò V T F F = ảnh hởng lớn đến hiệu quả truyền nhiệt, còn chiều cao lò ít ảnh hởng hơn. b) Chọn nhiên liệu Với lò làm việc ở chế độ bức xạ gián tiếp, yêu cầu độ đen của sản phẩm cháy phải thấp và nhiệt độ cực đại của ngọn lửa phải cao nên nhiên liệu thích hợp là các loại - 21 - [...]... lợng riêng thể tích của vật liệu [kg/m3] Wk - đơng lợng nhiệt của khí lò [W/độ] Wv - đơng lợng nhiệt của vật liệu [W/độ] - thời gian lu liệu trong lò [s] tv1 tk2 tv1 tk2 H2 H1 H1 H2 tv2 tk1 tv2 tk1 Hình 2. 11 Trờng nhiệt độ của khí lò và liệu trong lò đứng làm việc theo lớp chặt a) Sơ đồ lò b) Khi Wk > Wv c) Khi Wk < Wv Xét trao đổi nhiệt trong lò có thể chia ra hai trờng hợp: - Trờng hợp a: đơng lợng... tích theo công thức sau: 2 A 1 T 0,3 W00,7 R 10 1,68f 3,56 f Khi liệu mỏng 0 : V = dm R Khi liệu dày 0 : V = A 2 T 0,3 W00,9 d 0,75 10 1,68f 3,56 f 2 Trong đó: R - bán kính hạt liệu [m] - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu [W/m.độ] T - nhiệt độ tuyệt đối của vật liệu [oK] W0 - tốc độ khí tính toán (khi lò rỗng) ở điều kiện tiêu chuẩn [m/s] - 34 - m - hệ số phụ thuộc vật liệu: m = 1,3 khi làm... l - tiêu chuẩn Nuy-xen, tiêu chuẩn đồng dạng về truyền nhiệt đối lu a tiêu chuẩn Phu-ri-ê x2 Wd - tiêu chuẩn Rey-nôn, tiêu chuẩn đặc trng cho chế độ dòng chảy - tiêu chuẩn Prăng-đơ-lia, tiêu chuẩn đồng dạng về trờng nhiệt độ và a tốc độ gl 3 Gr = t - tiêu chuẩn Grat-xôp, tiêu chuẩn đặc trng cho chuyển động đối lu tự do - hệ số dẫn nhiệt [W/m.độ] - hệ số nhớt động [m2/s] - thời gian [s] a= -. .. nhiệt độ [m2/s] c - hệ số giản nở nhiệt của môi chất [1/độ] g - gia tốc trọng trờng [m/s2] - 27 - t - hiệu số nhiệt độ [oC] x, l, lo - các kích thớc [m] 2. 2 .2 Chế độ đối lu tự nhiên Trao đổi nhiệt đối lu tự nhiên trong không gian tự do ở trạng thái ổn định, đợc đặc trng bởi phơng trình có dạng tổng quát: N u = f (G r , Pr ) (2. 29) Công thức thờng gặp nhất có dạng: N u = C (G r Pr ) n (2. 30) Trong... tờng nằm ngang, mặt trao đổi nhiệt hớng xuống dới: dl = 2, 56.4 t - [W/m2.độ] Trao đổi nhiệt đối lu tự nhiên trong các lò điện trở: dl = 2, 47.t 0,19 + 0,036 T.p T k H [W/m2.độ] Trong đó: t - dộ chênh nhiệt độ giữa bề mặt trong tờng lò và khí lò[ độ] p - áp suất khí quyển [Pa] Tk - nhiệt độ khí lò [oK] H - chiều cao không gian làm việc của lò [m] 2. 2.3 Chế độ đối lu cỡng bức ở chế độ đối lu cỡng bức, hệ... l 1 , l 2 , l 3 , ) - 26 - Trong đó: W - tốc độ dòng chảy [m/s] tk - nhiệt độ môi chất [oC] tV - nhiệt độ bề mặt vật [oC] ck - nhiệt dung của môi chất [j/kg.oC] - độ nhớt động lực học của khí lò [Pa.s] k - khối lợng riêng của môi chất [kg/m3] l1, l2, l3 - các kích thớc của bề mặt vật [m] - hệ số đặc trng cho hình dạng vật Thông thờng ngời ta xác định dl thông qua xác định tiêu chuẩn Nuy-xen: l... toán trao đổi nhiệt 2. 3 Chế độ làm việc theo lớp 2. 3.1 Khái niệm và phân loại - 32 - Lò làm việc theo chế độ lớp là những lò dùng nung nóng (hoặc làm nguội) vật liệu hạt, trong đó vật liệu gia công đợc chất đầy toàn bộ hay một phần không gian làm việc của lò, còn khí lò đi qua khe hở giữa các hạt liệu trong lớp và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với vật liệu Khi ở chế độ lớp, trong lò tồn tại cả ba... bức xạ giữa liệu và tờng lò [W/m2.oK4] q - hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học [j/kg] Vv, v - thể tích [m3] và khối lợng riêng của vật liệu [kg/m3] Tk, Tv, TT - nhiệt độ tuyệt đối của khí, vật liệu và tờng lò [oK] - thời gian lu liệu trong lò [s] Xét trao đổi nhiệt đối lu trong lớp lơ lững, ta có: Đối với trờng hợp đối lu tự nhiên: Khi G r = 1 ữ 45 : N u = 2, 29.G 0,03 r Khi G r = 45 ữ 25 00 : N u... hạt liệu [m] Dựa vào đặc tính phân bố và chuyển động của các hạt liệu khi lò làm việc, ngời ta phân chế độ lớp thành ba dạng: - Chế độ lớp chặt - Chế độ lớp sôi - Chế độ lớp lơ lững ở chế độ lớp chặt: liệu có dạng cục (kích thớc lớn) xếp thành lớp, khi lò làm việc, các cục liệu nằm sít nhau và hầu nh không chuyển động tơng đối với nhau, khí lò đi qua khe hở các cục liệu - 33 - ở chế độ lớp sôi: liệu. .. Hình 2. 12 mô tả trạng thái của lớp sôi ứng với các giá trị khác nhau của số sôi: Hình 2. 12a: bắt đầu hình thành lớp sôi, m s = 1 ữ 2 Hình 2. 12b: sự xáo trộn của vật liệu có thể nhận biết bằng mắt thờng, ứng với m s = 5 ữ 6 , thể tích lớp liệu tăng khoảng 15% Ws ms=1 2 a) Ws Ws ms=50ữ100 ms=5ữ6 c) b) Ws ms> 50ữ100 d) Hình 2. 12 Trạng thái của lớp sôi ứng với các giá trị khác nhau của ms Hình 2. 12c: trong . 4,01 - 4,08 àm; 12, 5 - 16,3 àm. Hơi nớc : 2, 24 - 2, 27 àm; 4,80 - 8,5 àm; 12 -2 5 àm. I H 2 O I CO 2 (àm) (àm) Hình 2. 2 Quang phổ bức xạ của khí CO 2 và H 2. Trong các lò luyện kim, quan trọng nhất là sự bức xạ của khí CO 2 và H 2 O, quang phổ của chúng trình bày trên hình 2. 2. - 15 - Khí CO 2 : 2, 36 - 3, 02 àm;