Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия
Работа посвящена решению актуальной для практики проблемы – контроля температур внутренней поверхности трубы при нанесении защитной пленки соединений хрома в условиях вакуума. Разработана программа расчета температур в стенке трубы, предназначенная для инженерных расчетов с целью оптимизации техноло...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60780 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия / Е.Н. Зотов, В.В. Добривечер, А.А. Москаленко, Л.Н. Проценко // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 3. — С. 28-33. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60780 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Зотов, Е.Н. Добривечер, В.В. Москаленко, А.А. Проценко, Л.Н. 2014-04-19T17:09:12Z 2014-04-19T17:09:12Z 2009 Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия / Е.Н. Зотов, В.В. Добривечер, А.А. Москаленко, Л.Н. Проценко // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 3. — С. 28-33. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60780 681.518.52 Работа посвящена решению актуальной для практики проблемы – контроля температур внутренней поверхности трубы при нанесении защитной пленки соединений хрома в условиях вакуума. Разработана программа расчета температур в стенке трубы, предназначенная для инженерных расчетов с целью оптимизации технологических режимов и получения высококачественного защитного покрытия. Роботу присвячено вирішенню актуальної для практики проблеми – контролю температур внутрішньої поверхні труби при нанесенні захисної плівки з’єднань хрому в умовах вакууму. Розроблено програму розрахунку температур у стінці труби, призначену для інженерних розрахунків з метою оптимізації технологічних режимів і отримання високоякісного захисного покриття. The paper is devoted to solving the problem of high urgency for practice: the control of temperatures at the inner surface of a pipe during applying a protective coating of chrome compounds in conditions of vacuum. A specialized program have been developed for simulation of temperatures at the pipe wall, which is intended for engineering calculations with the purpose of optimizing the industrial conditions and obtaining high-quality protective coating. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия Simulation of temperature field in a pipe as for the technology of applying protective coating on its inner surface Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия |
| spellingShingle |
Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия Зотов, Е.Н. Добривечер, В.В. Москаленко, А.А. Проценко, Л.Н. Тепло- и массообменные процессы |
| title_short |
Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия |
| title_full |
Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия |
| title_fullStr |
Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия |
| title_full_unstemmed |
Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия |
| title_sort |
моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия |
| author |
Зотов, Е.Н. Добривечер, В.В. Москаленко, А.А. Проценко, Л.Н. |
| author_facet |
Зотов, Е.Н. Добривечер, В.В. Москаленко, А.А. Проценко, Л.Н. |
| topic |
Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные процессы |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Simulation of temperature field in a pipe as for the technology of applying protective coating on its inner surface |
| description |
Работа посвящена решению актуальной для практики проблемы – контроля температур внутренней поверхности трубы при нанесении защитной пленки соединений хрома в условиях вакуума. Разработана программа расчета температур в стенке трубы, предназначенная для инженерных расчетов с целью оптимизации технологических режимов и получения высококачественного защитного покрытия.
Роботу присвячено вирішенню актуальної для практики проблеми – контролю температур внутрішньої поверхні труби при нанесенні захисної плівки з’єднань хрому в умовах вакууму. Розроблено програму розрахунку температур у стінці труби, призначену для інженерних розрахунків з метою оптимізації технологічних режимів і отримання високоякісного захисного покриття.
The paper is devoted to solving the problem of high urgency for practice: the control of temperatures at the inner surface of a pipe during applying a protective coating of chrome compounds in conditions of vacuum. A specialized program have been developed for simulation of temperatures at the pipe wall, which is intended for engineering calculations with the purpose of optimizing the industrial conditions and obtaining high-quality protective coating.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60780 |
| citation_txt |
Моделирование температурного поля в трубе применительно к технологии нанесения на её внутреннюю поверхность защитного покрытия / Е.Н. Зотов, В.В. Добривечер, А.А. Москаленко, Л.Н. Проценко // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 3. — С. 28-33. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT zotoven modelirovanietemperaturnogopolâvtrubeprimenitelʹnoktehnologiinaneseniânaeevnutrennûûpoverhnostʹzaŝitnogopokrytiâ AT dobrivečervv modelirovanietemperaturnogopolâvtrubeprimenitelʹnoktehnologiinaneseniânaeevnutrennûûpoverhnostʹzaŝitnogopokrytiâ AT moskalenkoaa modelirovanietemperaturnogopolâvtrubeprimenitelʹnoktehnologiinaneseniânaeevnutrennûûpoverhnostʹzaŝitnogopokrytiâ AT procenkoln modelirovanietemperaturnogopolâvtrubeprimenitelʹnoktehnologiinaneseniânaeevnutrennûûpoverhnostʹzaŝitnogopokrytiâ AT zotoven simulationoftemperaturefieldinapipeasforthetechnologyofapplyingprotectivecoatingonitsinnersurface AT dobrivečervv simulationoftemperaturefieldinapipeasforthetechnologyofapplyingprotectivecoatingonitsinnersurface AT moskalenkoaa simulationoftemperaturefieldinapipeasforthetechnologyofapplyingprotectivecoatingonitsinnersurface AT procenkoln simulationoftemperaturefieldinapipeasforthetechnologyofapplyingprotectivecoatingonitsinnersurface |
| first_indexed |
2025-11-24T19:16:01Z |
| last_indexed |
2025-11-24T19:16:01Z |
| _version_ |
1850490442520461312 |
| fulltext |
Введение
Решением актуальной проблемы повышения
износостойкости внутренней поверхности труб
различного назначения, которые подвергаются
воздействию высоких температур, давлений и аб=
разивному износу движущейся средой, усугуб=
ленному резкими колебаниями этих и других
параметров потока, активно занимаются специа=
листы в областях материаловедения, металлур=
гии, термообработки металлов. Значительные ус=
пехи в этих поисках были достигнуты путем
внедрения технологии нанесения защитных пле=
нок тугоплавких металлов на внутреннюю по=
верхность труб.
В частности, значительные надежды возлага=
ются на подобные разработки в области изготов=
ления труб специального назначения для артил=
леристских систем бронетехники, для которых
срок эксплуатации после нанесения защитной
пленки в ряде случаев удавалось увеличить в два
и более раз [1].
В последние годы интенсивно проводятся ра=
боты по созданию надёжных защитных покры=
тий для внутренней поверхности каналов таких
труб. В ходе этих разработок определяющее мес=
то занимает поиск технологий, обеспечивающих
оптимальные температурные режимы внутрен=
ней поверхности трубы во время нанесения за=
щитного покрытия. В частности, для получения
28 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3
ТЕПЛО# И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Роботу присвячено вирішенню акту#
альної для практики проблеми – контро#
лю температур внутрішньої поверхні
труби при нанесенні захисної плівки
з’єднань хрому в умовах вакууму. Роз#
роблено програму розрахунку темпера#
тур у стінці труби, призначену для інже#
нерних розрахунків з метою оптимізації
технологічних режимів і отримання ви#
сокоякісного захисного покриття.
Работа посвящена решению акту#
альной для практики проблемы – конт#
роля температур внутренней поверх#
ности трубы при нанесении защитной
пленки соединений хрома в условиях
вакуума. Разработана программа рас#
чета температур в стенке трубы, пред#
назначенная для инженерных расчетов
с целью оптимизации технологических
режимов и получения высококачествен#
ного защитного покрытия.
The paper is devoted to solving the
problem of high urgency for practice: the
control of temperatures at the inner surface
of a pipe during applying a protective coat#
ing of chrome compounds in conditions of
vacuum. A specialized program have been
developed for simulation of temperatures at
the pipe wall, which is intended for engi#
neering calculations with the purpose of
optimizing the industrial conditions and
obtaining high#quality protective coating.
УДК 681.518.52
ЗОТОВ Е.Н.,1 ДОБРИВЕЧЕР В.В.,2
МОСКАЛЕНКО А.А.,1 ПРОЦЕНКО Л.Н.1
1Институт технической теплофизики НАН Украины
2ООО “Интенсивные технологии ЛТД”
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ТРУБЕ
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ НА ЕЁ
ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
C – удельная теплоемкость;
D – диаметр наружный;
d – диаметр внутренний;
L – высота;
q – плотность теплового потока;
R – радиус;
r, z, ϕ, τ – радиальная, продольная, трансверсальная
и временная координаты;
T – температура;
λ – коэффициент теплопроводности;
ρ – удельная плотность;
τ – время.
Индексы нижние:
0 – начальный
вн – внутренний;
н – наружный;
i, j, k – координатный;
V – объемный.
качественного соединения защитного слоя и ме=
талла внутренней поверхности трубы требуется
строгое соблюдение условия нахождения темпе=
ратуры этой поверхности на уровне не ниже
350 оС [1]. Эта температура создаётся предвари=
тельным объёмным нагревом заготовки в печи. В
процессе последующих очистки поверхности и
нанесения слоя покрытия возникает значитель=
ный местный перегрев приповерхностного слоя
металла, и этот перегрев ощущается даже на
внешней поверхности трубы. В то же время
температура металла не должна превышать по=
роговые значения температур, при которых
проведена предшествующая операция упрочня=
ющей термообработки заготовки. В противном
случае, произойдёт потеря механических
свойств и, соответственно, ресурсных характе=
ристик трубы.
Так как технология нанесения покрытия в ва=
кууме практически исключает возможность из=
мерений температур внутренней поверхности
трубы с помощью температурных датчиков, ре=
шение задачи контроля температур становится
невозможным без расчетов поля температур тру=
бы в процессе нанесения покрытия. Поэтому
создание программы инженерного расчета как
инструмента определения температур во время
опыта является актуальным.
Математическая модель и метод расчета
температурного поля
Температурное поле в теле трубы создается
предварительным нагревом ее в печи, а затем ло=
кальным нагревом через участки внутренней по=
верхности трубы при работе системы газовой
очистки и испарителя металлов. При этом источ=
ники теплоты включаются тогда, когда темпера=
тура трубы достигнет заданного значения во всех
точках трубы (одинакового – в пределах несколь=
ких градусов). Таким образом, необходимо рас=
считать температуру трубы с момента включения
системы газовой очистки и испарителя металлов
до момента их выключения при постоянной на=
чальной температуре Т0 трубы.
При моделировании температурного поля бу=
дем использовать цилиндрическую систему ко=
ординат (r, z, ϕ), в которой ось трубы совпадает с
осью z, а начало координат находится в плоскос=
ти основания (начала) трубы. Так как процесс
нагрева всеми источниками теплоты является
симметричным относительно оси трубы, то и
температурное поле будет симметричным отно=
сительно оси z, т.е. температура будет являться
функцией только координат r и z и времени τ, т.е.
Т = Т(r, z, τ).
Также предполагается, что материал трубы яв=
ляется однородным и изотропным [2], а тепло=
физические свойства: коэффициент теплопро=
водности, удельная теплоемкость и плотность
являются функциями только температуры. Тогда
температурное поле можно описать двумерным
уравнением теплопроводности в цилиндричес=
кой системе координат [3]:
,
τ ≥ 0, Rвн ≤ r ≤ Rнар, 0 ≤ z ≤ L; (1)
при начальных условиях
Т(r, z, τ)⎮τ = 0 = Т0 (2)
и граничных условиях на поверхности трубы (ко=
нечного полого цилиндра) на внутренней и
внешней цилиндрических поверхностях, на ниж=
нем и верхнем основаниях цилиндра:
,
, (3)
,
, (4)
где Rвн ≤ r ≤ Rнар, 0 ≤ z ≤ L.
Плотность теплового потока на внутренней
цилиндрической поверхности в области воздей=
ствия системы ионной очистки и электродугово=
го испарителя металлов предполагается постоян=
( )
нар
, ,
( )
z L
T r z
q r
z
=
∂ τ
λ = −
∂
( )
0 вн
, ,
( )
z
T r z
q r
z
=
∂ τ
λ = −
∂
( )
нар
, ,
( )
r R L
T r z
q z
r
=
∂ τ
λ =
∂
( )
вн 0
, ,
( )
r R
T r z
q z
r
=
∂ τ
λ = −
∂
1
( ) ( ) ( )
V
T T T
C T r T T
r r r z z
∂ ∂ ∂ ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞= λ + λ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂τ ∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 29
ТЕПЛО# И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
ной, а вне зоны их влияния – равной нулю, т.е.
qвн(z) – кусочно=постоянная функция координа=
ты z. Плотность теплового потока на торцах трубы
и на наружной цилиндрической поверхности –
также кусочно=постоянная функция от координат.
Согласно [2, 3], задача теплопроводности (1) –
(4) с нелинейными граничными условиями (3),
(4) явного аналитического решения не имеет.
Поэтому такую задачу решают численными ме=
тодами [4].
Если рассматривать температуру трубы в точ=
ках равномерной (с одинаковым шагом вдоль
каждой координаты) разностной сетки (ri, zj, τk),
где i = 0...n; j = 0…m; k = 0...p; r0 = Rвн; rn = Rнар;
z0 = 0; zm = L; τ0 = 0, то, согласно [4], разностная
схема запишется в виде:
(5)
.
Для i = 1...(n – 1); j = 1...(m – 1),
где hi = ri – ri – 1 – шаг по оси r, gj = zj – zj–1 – шаг
по оси z, δτ – шаг по времени; ;
;
В случае, когда Rвн = 0, в точке r = 0 имеется
особенность, при этом разностная схема для r = 0
(i = 0) запишется в виде:
. (6)
Выражения для плотности теплового потока q,
которые задаются на поверхности трубы, имеют
нижеприведенный вид [4]:
на поверхности z = 0 и z = L:
, (7)
где при z = 0: j = 0, p = 1; при z = L: j = m, p = –1;
и на поверхности r = Rвн и r = Rнар:
; (8)
где при r = Rвн: i = 0, p = 1, R = Rвн; при r = Rнар:
i = n, p = –1, R = Rнар.
Разностная схема (5) при граничных услови=
ях (6, 7, 8) реализована в виде программы рас=
чета (далее программа Bilab), предназначен=
ной для определения осесимметричного
температурного поля полого (или сплошного)
конечного цилиндра заданной геометрии при
известной начальной температуре цилиндра
Т0, известных значениях коэффициента теп=
лопроводности λ, удельной теплоемкости C,
удельной плотности ρ, а также граничных ус=
ловиях теплообмена на поверхности в виде
температуры Т или плотности теплового пото=
ка q, как кусочно=постоянных функций от ко=
ординаты r или z.
1 1
1
2 2 4
k k k k
V ij V ij ij ij i i
C C T T h h
R
− −+ − ⎛ ⎞+ −⎜ ⎟δτ ⎝ ⎠
, ,
2
k k k k
ij i p j nj i p jk
j
i
T T
q
R
R ln
R ph
− +λ + λ −
= +
⎛ ⎞
⎜ ⎟+⎝ ⎠
1 1
2 2 2
k kk k k k k k
i ij pij ij p V ij V ij ij ij jk
i
j
T T C C T T g
q
g
− −
γ ++ −λ + λ + −
= +
δτ
( )1 0
k k
j j
T T ⎤+ − ⎦
( )
1
0 0 0 1 1 1
0 1 02
1
32
4
k k k k
j j j jk k k
V j j j
T T
C T T
h
+
+ +− λ + λ ⎡= − +⎣δτ
( , , ).
k
ij i j k
T T r z t=( )k k
V ij V ij
C C T=
( )k k
ij ij
Tλ = λ
, 1 , 1
1
1
( ) 2
k k k k
i j ij ij i j
j j j
T T
g g g
− −
−
⎡ ⎤λ + λ −
⎢ ⎥
+ ⎢ ⎥⎣ ⎦
−
, 1 , 1
1 1
1
( ) 2
k k k k
i j ij i j ij
j j j
T T
g g g
+ +
+ +
⎡ ⎤λ + λ −
⎢ ⎥+ −
+ ⎢ ⎥⎣ ⎦
1 1
, 1 , 1
1
1
( ) 2
k k k k
i j ij ij i j
j j j
T T
g g g
+ +
− −
−
⎡ ⎤λ + λ −
⎢ ⎥ +
+ ⎢ ⎥⎣ ⎦
−
1 1
, 1 , 1 ,
1 1
1
( ) 2
k k k k
i j ij i j i j
j j j
T T
g g g
+ +
+ +
+ +
⎡ ⎤λ + λ −
⎢ ⎥+ −
+ ⎢ ⎥⎣ ⎦
1, 1,
1
1
( ) 2 2
k k k k
i j ij ij i ji
i
i i i i
T Th
r
r h h h
− −
−
⎡ ⎤λ + λ −⎛ ⎞− − +⎢ ⎥⎜ ⎟+ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
1, 1,1
1 1
1
( ) 2 2
k k k k
i j ij i j iji
i
i i i i
T Th
r
r h h h
+ ++
+ +
⎡ ⎤λ + λ −⎛ ⎞+ + −⎢ ⎥⎜ ⎟+ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
1 1
1, 1,
1
1
( ) 2 2
k k k k
i j ij ij i ji
i
i i i i
T Th
r
r h h h
+ +
− −
−
⎡ ⎤λ + λ −⎛ ⎞− − +⎢ ⎥⎜ ⎟+ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
1 1
1, 1, ,1
1
2 2
k k k k
i j ij i j i ji
i
i
T Th
r
h
+ +
+ ++
+
⎡ ⎤λ + λ −⎛ ⎞+ −⎢ ⎥⎜ ⎟
⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
1
1
1
( )
k k
ij ijk
V ij
i i i
T T
C
r h h
+
+
−
=
δτ +
30 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3
ТЕПЛО# И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
×
×
Описание программы расчета
При вызове програмы в первом окне выбира=
ется форма образца и задаются его размеры, па=
раметры сетки и теплофизические свойства ма=
териала в единицах измерений системы СИ.
На следующем этапе, в окне “Начальные усло=
вия”, задается начальная температура тела в граду=
сах Цельсия, а затем в окне “Граничные условия”
вводятся границы разбиения поверхности трубы,
тип граничных условий и значения плотности теп=
лового потока или температуры, или коэффициен=
та теплоотдачи на соответствующих участках гра=
ницы с заданной длиной в метрах. Плотность
теплового потока задается в единицах (МВт/м2).
В окне “Расчеты” задаются временные пара=
метры расчета, шаг по времени Δτ, длительность
нагрева, затем выполняется расчет. По окончании
расчетов можно просмотреть их результаты, пе=
рейдя в окно “График от времени”. Здесь можно
вывести на экран графики зависимости темпера=
туры от времени в интересующих точках образца,
а также результаты расчетов в табличном виде.
Разработанная программа Bilab на начальном
этапе использовалась для расчета температурно=
го поля экспериментального образца стального
полого цилиндра (λ = 19,5 Вт/м·К, С = 481 Дж/кг·К,
ρ = 7850 кг/м3) высотой L = 0,245 м, внутренним
диаметром d = 0,125 м, наружным диаметром
D = 0,22 м. Нагрев его внутренней поверхности
производился через кольцевой участок высотой
30 мм, отстоящий от основания цилиндра на рас=
стоянии 20 мм. Плотность теплового потока на
этом участке составляла: q = 0,178 МВт/м2, на=
чальная температура Т0 = 30 оС. Программа тес=
тировалась путем сравнения результатов расчета
с расчетами, выполненными для тех же условий
другими методами – аналитическими и по уже
существующим программам. В частности, срав=
нение результатов расчета температуры стенки
трубы, выполненных с помощью программы
Bilab, и результатов расчета, выполненных по из=
вестной программе Comsol Multiphysics, показа=
ло, что для этих задач несовпадение полученных
значений температурного поля находится в пре=
делах (1…5) оС.
Для максимального приближения к реаль=
ной технологии нанесения защитного покры=
тия расчет также был выполнен для условий ра=
боты двух внутренних источников локального
нагрева трубы, расположенных на расстоянии
30 мм друг от друга (рис. 1): электродугового испа=
рителя металлов, который выделяет на кольце=
вом участке высотой 50 мм внутренней поверх=
ности трубы мощность 3 кВт; системы ионной
газовой очистки, которая выделяет 5 кВт на
кольцевом участке высотой 200 мм. Длитель=
ность работы испарителя и системы очистки –
15 мин.
Усложняющим фактором для отработки тех=
нологических режимов работы оборудования яв=
ляется особенность геометрии трубы: при посто=
янном внутреннем диаметре, её внешная
поверхность представляет собой конус, а толщи=
на стенки трубы изменяется примерно вдвое.
Поэтому в данной работе с помощью программы
Bilab расчеты температурного поля выполнены
для двух фрагментов стальной трубы (L = 1,0 м,
d = 0,125 м, D1 = 0,22 м; D2 = 0,294 м) с различной
толщиной стенки, соответственно 47,5 мм и
84,5 мм.
Результаты расчетов представлены на рис. 2 и
рис. 3 в виде зависимостей температуры от вре=
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 31
ТЕПЛО# И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Схема расположения характерных точек
для расчета температурного поля на двух
фрагментах спецтрубы (с толщиной стенки
47,5 мм и толщиной стенки 84,5 мм): 1 – зона,
обогреваемая электродуговым испарителем;
2 – зона, обогреваемая системой ионной очистки.
мени в характерных точках внутренней и внеш=
ней поверхности трубы с различной толщиной
стенки, при прочих равных условиях, в процессе
нанесения защитного покрытия (см. рис. 1).
Из результатов расчета температурного поля
трубы следует, что чем больше толщина стенки
трубы, тем меньше рост температуры трубы и тем
больше перепад температуры трубы по толщине
стенки в зоне нагрева. При этом значения темпе=
ратуры на наружной поверхности трубы в зоне
нагрева во время работы источников нагрева
практически одинаковы, а температура трубы по
мере удаления от зоны нагрева быстро выравни=
вается и уже на расстоянии 10 мм и более от зоны
нагрева практически одинакова по толщине
стенки.
32 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3
ТЕПЛО# И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Температурные кривые в характерных точках трубы при нагреве ее фрагмента
(с толщиной стенки 47,5 мм) локальными источниками подвода теплоты.
Рис. 3. Температурные кривые в характерных точках трубы при нагреве ее фрагмента
(с толщиной стенки 84,5 мм) локальными источниками подвода теплоты.
Выводы
1. Разработанная программа по точности
расчета температурного поля трубы отвечает тех=
нологиическим требованиям, предьявляемым к
процессу нанесения защитных покрытий в тру=
бах. Ее преимуществом является наличие прос=
того интерфейса, удобного для использования
инженерами и технологами непосредственно в
производственных процессах.
2. Отсутствие перепада температуры вне зо=
ны нагрева позволяет вести контроль состояния
наружной поверхности трубы, а по данным изме=
рений термодатчиками температуры наружной
стенки расчетом легко восстановить максималь=
ные значения температуры на внутренней пове=
рхности, что необходимо при выборе режима ра=
боты системы нанесения защитного покрытия.
3. Для толщины стенки трубы 84,5 мм и бо=
лее, температурный режим металла при нанесе=
нии покрытия можно считать удовлетворитель=
ным, а с уменьшением толщины стенки до
47,5 мм в зоне нагрева температура становится
существенно выше, что может вызвать снижение
достигнутой после термообработки прочности
металла трубы. Избежать этого можно, снижая
мощность излучателей пропорционально утонь=
шению стенки трубы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Василина В.Г., Надтока В.Н., Зайцев В.И.
Экспериментальная установка для нанесения
ионно=плазменных покрытий на внутреннюю
поверхность труб // Вакуумная техника и техно=
логия. – 2006. – Т. 16, № 1.– С. 83 – 85.
2. Лыков А.В. Теория теплопроводности. –
М: Высшая школа, 1967. – 599 с.
3. Карслоу Г., Егер Д., Теплопроводность
твердых тел. – М.: Наука, 1964. – 487 с.
4. Круковский П.Г. Обратные задачи тепломас=
сопереноса (Общий инженерный подход). – К.:
Институт технической теплофизики, 1998. – 224 с.
5. Москаленко А.А., Зотов Е.Н., Добривечер В.В.,
Надтока В.Н., Хямялайнен Л.Т. Эксперименталь=
но=расчетное определение поля температур поло=
го цилиндра при локальном внутреннем обогреве /
Сборник докладов “Результаты исследований в об=
ласти энергетики и их практическое значение”. –
М.: ИВТ РАН, 2008. – С. 180 – 181.
Получено 26.03.2009 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 33
ТЕПЛО# И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
|