Лабораторная работа №4
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАГРЕВА МАССИВНЫХ ЗАГОТОВОК В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИПри выполнении работ необходимо соблюдать общие
правила техники безопасности и следующие дополнительные требования.
Производить включение оборудования
(испытательной машины, гидравлического пресса, электропечи, электроконтактного
нагревателя) только по указанию преподавателя. О включении необходимо
предупредить всех окружающих. Запрещается находиться а опасной зоне
работающего оборудования в процессе проведения экспериментов.
Настройку и смену инструмента производить только
после включения оборудования и полной его остановки. Запрещается поправлять
образцы при включенном оборудовании.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
4
МАССИВНЫХ ЗАГОТОВОК В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ
Процесс нагрева крупных (массивных) заготовок и
слитков является более сложным и ответственным. Продолжительность нагрева массивных
заготовок рассчитывается по формулам теплопередачи теплопроводностью, т.е.
основана на решении дифференциального уравнения теплопроводности (уравнения
Фурье).
При нестационарном температурном поле (
) уравнение Фурье для одномерного теплового потока имеет ряд
решений. Поэтому для получения однозначного решения необходимо знать начальные
и граничные условия.
Начальными условиями начинается распределение
температуры в теле в какой-либо момент времени.
Граничными или поверхностными условиями
называются условия, характеризующие изменение температуры на границе (на поверхности)
тела.
Сущность расчета процесса нагрева массивных
заготовок сводится к определению продолжительности нагрева заготовки на каждой
периоде нагрева с учетом начальных и граничных условий и полной
продолжительности нагрева, или температуры центра заготовки за определенный
период времени.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Теоретическое и экспериментальное определение
температуры середины заготовки при нагреве массивных заготовок.
ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ,
ИНСТРУМЕНТ
1.
Лабораторная камерная электропечь сопротивления модели СНОЛ 1.6.2, 5/11-И2.
2.
Заготовка из стали 35.
3.
Измерительные приборы: потенциометр типа КСП-4, амперметр типа Э30, вольтметр
типа Э378, штангенциркуль.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ
РАБОТЫ
- Измерить диаметр и
длину нагреваемой заготовки.
- Установить
заготовку в рабочее пространство печи, вставить термопару в глухое
отверстие, в осевой части заготовки до соприкосновения ее с дном, закрыть дверцу
печи и включить печь. Зафиксировать время начала нагрева.
- Нагреть заготовку
до температуры 900ºС, регистрируя через каждые 0,25 часа показания
приборов: температуру рабочего пространства печи и центра заготовки.
- По результатам
эксперимента построить график изменения температуры печи во времени и
разбить его на четыре участка.
- Для каждого участка
определить среднюю температуру печи. Результаты расчета записать в таблицу.
- Рассчитать:
- коэффициент теплопередачи для каждого участка
по формуле
Tn – средняя температура
печи на каждом участке в ºК;
- критерий Био для каждого участка по формуле
,
где λ – теплопроводность.
- температуру в центре заготовки на каждом
участке по формуле
,
где tнм - начальная
температура металла;
β
– постоянная величина, зависящая от критерия Био;
f –
коэффициент, принимаемый от 0,1 до 0,6.
Результаты
расчёта занести в таблицу 4.
ТАБЛИЦА 4
|
№ |
Заготовка |
Время нагрева τ |
Температура |
Коэффициент
теплопередачи α1+k |
Критерий Био Bi |
Температура tнм |
||
|
d |
l |
Печи tn |
заготовки |
|||||
|
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
0,25 |
|
|
|
||||
|
3 |
0,5 |
|
|
|
||||
|
4 |
0,75 |
|
|
|
||||
|
5 |
1,0 |
|
|
|
|
|
||
|
6 |
1,25 |
|
|
|
||||
|
7 |
1,5 |
|
|
|
||||
|
8 |
1,75 |
|
|
|
|
|
||
|
9 |
2,0 |
|
|
|
||||
|
10 |
2,25 |
|
|
|
||||
|
11 |
2,5 |
|
|
|
|
|
||
|
12 |
2,75 |
|
|
|
||||
6. По результатам расчета построить график
изменения температуры заготовки в зависимости от времени нагрева. Сделать
выводы по работе.