Grundlagen Der Industrieofentechnik

ISBN-13: 9783642511165 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 448 str.

J. P. Filimonov; R. A. Steinhardt; Rolf Steinhardt

Opis

Der Industrieofenbau hat durch konsequente Anwendung der Grundlagen der Technischen Thermodynamik, der Stromungsmechanik, der Warme- und Stoffubertragung, der Verbrennungslehre, aber auch der physikalisch-chemischen Gesetzmassigkeiten bei der Erwarmung, des Brennens und Schmelzens von Werkstoffen und der Erkenntnisse der Trocknungstechnik entscheidende Fortschritte erzielt. Dadurch sind wichtige Verbesserungen beim Einsatz der Warmetechnik in Produktionsprozessen moglich geworden, die bei der Verarbeitung und/oder Veredelung von Werkstoffen geringeren Energieeinsatz, hohere Qualitat der Erzeugnisse und geringeren Materialverbrauch zur Folge hatten. Das Werk verbindet diese Grundlagen zu einer Gesamtheorie des Industrieofens und bereitet sie auf fur die Probleme des Ofenbaues und der Praxis bei der Herstellung, Verarbeitung und Veredelung von Rohstoffen."

Spis treści

Einführung.- 1. Grundlagen der technischen Thermodynamik.- 1.1 Gegenstand und Grundbegriffe der technischen Thermodynamik.- 1.1.1. Thermodynamisches System.- 1.1.2. Zustandsparameter und innere Energie.- 1.1.3. Wärme und Arbeit.- 1.1.4. Ideales Gas.- 1.1.5. Spezifische Wärmekapazität.- 1.2. Erster Hauptsatz der Thermodynamik.- 1.2.1. Formulierung des ersten Hauptsatzes.- 1.2.2. Zustandsgrößen des Systems.- 1.3. Thermodynamik eines Körpers (Systems).- 1.3.1. Thermodynamische Prozesse eines idealen Gases.- 1.3.1.1. Isochorer Prozeß.- 1.3.1.2. Isobarer Prozeß.- 1.3.1.3. Isothermer Prozeß.- 1.3.1.4. Adiabater Prozeß.- 1.3.1.5. Polytroper Prozeß.- 1.3.2. Thermodynamik des Wasserdampfes.- 1.4. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.- 1.4.1. Kreisprozesse.- 1.4.2. Carnot-Prozeß.- 1.4.3. Formulierung des zweiten Hauptsatzes.- 1.5. Thermodynamik der Wärmekraftmaschinen.- 1.5.1. Theoretische Kreisprozesse der Verbrennungsmotoren.- 1.5.2. Theoretische Kreisprozesse der Gasturbinen.- 1.6. Thermodynamik der Gasströmung.- 1.6.1. Erster Hauptsatz für die Gasströmung.- 1.6.2. Isentropes Ausströmen aus einer Düse.- 1.6.3. Kritische Zustände ausströmender Gase.- 1.6.4. Lavaldüse (Hugoniot-Gleichung).- 1.7. Verdichtung von Gasen.- 2. Strömungsmechanik.- 2.1. Gegenstand und Grundbegriffe der Strömungsmechanik.- 2.2. Kinematik der Fluide.- 2.2.1. Einige Begriffe.- 2.2.2. Kontinuitätsgleichung.- 2.3. Dynamik idealer Fluide.- 2.3.1. Kräfte, die in strömenden idealen Fluiden wirken.- 2.3.2. Bewegungsgleichungen idealer Fluide (Euler-Gleichungen).- 2.3.3. Aufgabenstellung für die Berechnung der Strömung idealer Fluide.- 2.3.4. Bernoulli-Gleichung für den Stromfaden eines idealen Fluids.- 2.4. Statik der Fluide und Gase.- 2.4.1. Euler-Gleichung für die Statik.- 2.4.2. Druckverteilung in ruhenden Fluiden und Gasen.- 2.5. Dynamik realer Fluide.- 2.5.1. Bewegungsregime der realen Fluide.- 2.5.2. Bernoulli-Gleichung für Rohr- und Kanalströmung realer Fluide.- 2.5.3. Druckverluste durch Reibung und örtliche Widerstände.- 2.5.3.1. Druckverluste durch Reibung.- 2.5.3.2. Druckverluste durch örtliche Widerstände.- 2.5.4. Berechnungsprinzipien für Rohrleitungen und Einrichtungen zur Evakuierung der Verbrennungsprodukte.- 2.5.5. Berechnung des Schornsteins.- 2.5.6. Ausströmen von Gasen durch Öffnungen in Ofenwänden.- 2.5.7. Innere Reibung in einer laminaren Strömung eines realen Fluids.- 2.5.8. Bewegungsgleichung für reale Fluide (Navier-Stokessche Gleichung).- 2.5.9. Aufgabenstellung für die Berechnung der Bewegung realer Fluide.- 2.5.10. Stationäre, vollausgebildete laminare Strömung inkompressibler Fluide in einem Kanal (Poiseuille-Strömung).- 2.6. Theorie der hydrodynamischen Grenzschicht.- 2.6.1. Grundbegriffe.- 2.6.2. Arten von Grenzschichten.- 2.6.3. Differentialgleichungen der laminaren Grenzschicht (Prandtl-Gleichungen).- 2.6.4. Prandtl-Gleichungen für die turbulente Grenzschicht.- 2.6.5. Halbempirische Turbulenztheorie von Prandtl.- 2.6.6. Berechnungen von Grenzschichten auf der Grundlage integraler Methoden.- 2.6.6.1. Impulsstromgleichung für die Grenzschicht.- 2.6.6.2. Laminare Grenzschicht an einer festen Oberfläche.- 2.6.6.3. Turbulente Grenzschicht an einer festen Oberfläche.- 2.6.6.4. Turbulente Freistrahlen.- 2.7. Bewegung der Gase in Ofenräumen.- 2.7.1. Teilweise begrenzte Strahlen — Strahlapparate.- 2.7.2. Begrenzte Strahlen.- 2.8. Organisation der Gasbewegung und rationelles Druckregime in Ofenräumen.- 3. Grundlagen der Ähnlichkeitstheorie und Modelltechnik für Industrieöfen.- 3.1. Grundbegriffe der Ähnlichkeitstheorie.- 3.2. Ähnlichkeit hydrodynamischer Erscheinungen.- 3.2.1. Beziehungen zwischen Ähnlichkeitskonstanten für die Strömung eines realen Fluids — Kriterien der hydrodynamischen Ähnlichkeit.- 3.2.2. Beziehungen zwischen den Ähnlichkeitskennzahlen — Grundtheorem der Ähnlichkeitstheorie.- 3.2.3. Eigenmodellierung.- 3.2.4. Modellierung der Gasströmung in Industrieöfen.- 4. Wärme- und Stoffübertragung.- 4.1. Grundbegriffe der Wärme- und Stoffübertragung.- 4.1.1. Temperatur- und Konzentrationsfelder, Wärme- und Massestrom, Arten der Wärme-und Stoff Übertragungsprozesse.- 4.1.2. Molekulare Wärmeleitung und molekulare Diffusion.- 4.1.3. Dreifache Analogie.- 4.2. Konvektive Wärme- und Stoffübertragung.- 4.2.1. Erzwungene und freie Konvektion und deren Rolle in Industrieöfen — Berechnungsaufgaben der konvektiven Wärme- und Stoffübertragung.- 4.2.2. Grundgleichungen der konvektiven Wärme- und Stoffübertragung.- 4.2.2.1. Gleichungen der konvektiven Warme- und Stoffübertragung.- 4.2.2.2. Energiegleichung und Gleichung der konvektiven Diffusion.- 4.2.3. Konvektive Wärme- und Stoffübertragung bei erzwungener Strömung im Falle laminarer und turbulenter Grenzschichten.- 4.2.3.1. Temperatur- und Diffusionsgrenzschichten.- 4.2.3.2. Gleichungen der Temperatur- und Diffusionsgrenzschichten.- 4.2.3.3. Halbempirische Turbulenztheorie von Prandtl für die Wärme- und Stoffübertragung.- 4.2.3.4. Gleichungen des Wärme- und Stoffstromes für eine Grenzschicht (nach Kružilin).- 4.2.3.5. Berechnung der Wärme- und Stoffübertragung für eine laminare Grenzschicht bei erzwungener Strömung.- 4.2.3.6. Berechnung der Wärme- und Stoffübertragung für eine turbulente Grenzschicht bei erzwungener Strömung.- 4.2.4. Konvektive Wärme- und Stoffübertragung bei freier Strömung.- 4.2.5. Anwendung der Ähnlichkeitstheorie zur Untersuchung der konvektiven Wärme- und Stoffübertragungsprozesse.- 4.3. Wärmeübertragung durch Wärmeleitung in festen Körpern.- 4.3.1. Grundlagen der Theorie der Wärmeleitung.- 4.3.2. Differentialgleichung der Wärmeleitung.- 4.3.3. Stationäre Wärmeleitung.- 4.3.3.1. Stationäres Temperaturfeld einer unendlichen Platte ohne innere Wärmequellen.- 4.3.3.2. Stationäres Temperaturfeld einer zylindrischen Wand ohne innere Wärmequellen.- 4.3.4. Instationäre Wärmeleitung.- 4.3.4.1. Lösungsmethoden der instationären Wärmeleitung.- 4.3.4.2. Randbedingungen dritter Art (bei konstanter Temperatur der Umgebung).- 4.3.4.3. Erwärmung (Abkühlung) von wärmetechnisch dünnen Körpern.- 4.3.4.4. Randbedingungen erster Art.- 4.3.4.5. Randbedingungen zweiter Art (bei konstanter Wärmestromdichte an der Oberfläche).- 4.3.4.6. Reguläres Regime der Erwärmung.- 4.3.4.7. Anwendung der Ähnlichkeitstheorie zur Untersuchung von Aufgaben der instationären Wärmeleitung.- 4.4. Strahlungswärmeübertragung.- 4.4.1. Grundbegriffe.- 4.4.2. Strahlungsgesetze des schwarzen Körpers.- 4.4.3. Strahlung realer Körper.- 4.4.4. Einstrahlzahlen.- 4.4.5. Berechnung der Strahlungswärmeübertragung in einem System grauer Körper und diathermaner Medien.- 4.4.6. Anwendung der Zonenmethode zur Berechnung der Strahlungswärmeübertragung in Industrieöfen.- 4.4.6.1. Strahlungswärmeübertragung im System zweier grauer Körper mit diathermanem Medium.- 4.4.6.2. Strahlungswärmeübertragung bei Vorhandensein von Abschirmungen.- 4.4.6.3. Strahlung aus Öffnungen.- 4.4.6.4. Wärmeübertragung durch Strahlung in Öfen mit Strahlheizrohren.- 4.4.7. Strahlungswärmeübertragung im System grauer Körper mit nicht-diathermanem Medium.- 4.4.8. Allgemeine Einstrahlzahlen.- 4.4.9. Berechnung der Strahlungswärmeübertragung im System grauer Körper mit absorbierendem Medium.- 4.4.10. Berechnung der Strahlungswärmeübertragung in brennstoffbeheizten Industrieöfen.- 4.4.11. Strahlungswärmeübertragung zwischen Gas und einer umgebenden Hülle.- 4.4.12. Begriff der Gesamtwärmeübertragung.- 5. Wärmeentbindung.- 5.1. Brennstoff und seine Verbrennung.- 5.1.1. Allgemeine Charakterisierung der Brennstoffe.- 5.1.1.1. Brennstoffzusammensetzung.- 5.1.1.2. Verbrennungswärme.- 5.1.1.3. Einheitsbrennstoff.- 5.1.2. Brennstoffe, die in Industrieöfen eingesetzt werden.- 5.1.2.1. Feste natürliche Brennstoffe.- 5.1.2.2. Feste künstliche Brennstoffe.- 5.1.2.3. Flüssige Brennstoffe.- 5.1.2.4. Gasförmige Brennstoffe.- 5.1.3. Grundlagen der Verbrennungstheorie.- 5.1.3.1. Allgemeine Charakterisierung des Verbrennungsprozesses.- 5.1.3.2. Kinetik der Verbrennungsreaktionen.- 5.1.3.3. Entstehung der Flamme.- 5.1.3.4. Flammenausbreitung.- 5.1.4. Verbrennungsvorgang.- 5.1.4.1. Verbrennung von Gas.- 5.1.4.2. Verbrennung von Heizöl.- 5.1.4.3. Verbrennung fester Brennstoffe.- 5.1.5. Verbrennungsrechnung.- 5.2. Elektrische Wärmeentbindung.- 5.2.1. Allgemeines.- 5.2.2. Physikalische Grundlagen der Umwandlung von Elektroenergie in Wärme.- 5.2.3. Wärmeentbindung nach dem Gesetz von Lenz-Joule.- 5.2.4. Wärmeentbindung bei magnetischer Polarisation ferromagnetischer Werkstoffe.- 5.2.5. Wärmeentbindung bei elektrischer Polarisation von Dielektrika.- 5.2.6. Wärmeentbindung durch Elektronenbeschleunigung.- 5.2.7. Wärmeentbindung durch elektrische Gasentladung.- 5.2.8. Wärmeentbindung bei Verwendung von kohärenter Strahlung eines optischen Quantengenerators.- 5.3. Wärmeentbindung durch Abbrand von Begleitelementen (Beimischungen).- 5.3.1. Wärmeentbindung durch Abbrand von Beimengungen in Metallen.- 5.3.2. Wärmeentbindung auf Basis der chemischen Enthalpie sulfidischer Rohstoffe.- 6. Erwärmung von Werkstoffen.- 6.1. Beschreibung der Erwärmungsvorgänge.- 6.1.1. Ziele und Kenngrößen der Erwärmung.- 6.1.2. Prozesse, die bei der Erwärmung von Werkstoffen ablaufen.- 6.1.2.1. Temperaturspannungen.- 6.1.2.2. Oxydation und Entkohlung der Oberflächenschichten bei der Erwärmung.- 6.2. Grundprozesse der Erwärmung.- 6.2.1. Erwärmung wärmeteehnisch dünner Körper.- 6.2.2. Erwärmung wärmetechnisch dicker Körper.- 6.3. Erwärmungsberechnung.- 6.3.1. Wärmetechnische Schichtdicke.- 6.3.2. Erwärmungsberechnung von unterschiedlichem Wärmgut.- 6.3.2.1. Erwärmungsberechnung von wärmetechnisch dünnen Körpern.- 6.3.2.2. Erwärmungsberechnung von wärmetechnisch dicken Körpern.- 7. Schmelzen von Metollen.- 7.1. Dynamik des Schmelzprozesses.- 7.1.1. Kenngrößen des Schmelzprozesses.- 7.1.2. Schmelzen einer gleichmäßig auf Schmelztemperatur durchwärmten Platte bei ständiger Entfernung der Schmelze.- 7.1.3. Schmelzen einer gleichmäßig auf Schmelztemperatur durchwärmten Platte bei Verweilen der Schmelze auf der Oberfläche.- 7.1.4. Schmelzen einer nicht gleichmäßig auf Schmelztemperatur erwärmten Platte bei ständiger Entfernung der Schmelze.- 7.2. Hydrodynamik einer durchgasten Schmelze.- 7.2.1. Grundlagen der Durchgasung.- 7.2.2. Vorgänge an der Phasengrenzfläche.- 7.2.2.1. Mechanische Wechselwirkungen.- 7.2.2.2. Stoffübertragung.- 7.2.2.3. Wärmeübertragung.- 7.2.3. Bewegung von Blasen und Tropf en in der durchgasten Schmelze.- 7.3. Gasstrahlen in der Schmelze.- 7.3.1. Grundlagen.- 7.3.2. Gaszuführung durch eine Gaslanze über der Schmelzbadoberfläche.- 7.3.3. Gaszuführung durch eine Gaslanze unter der Schmelzbadoberfläche.- 8. Trocknung.- 8.1. Grundlagen des Trocknungsprozesses.- 8.1.1. Allgemeines.- 8.1.2. Eigenschaften des Trocknungsgutes.- 8.1.3. Eigenschaf ten des Trocknungsmittels.- 8.1.3.1. Feuchte Luft.- 8.1.3.2. Verbrennungsprodukte.- 8.2. Wärme- und Stoffübertragung im Trocknungsprozeß.- 8.2.1. Verlauf des Trocknungsprozesses.- 8.2.2. Beschreibung der Wärme- und Stoffübertragung im Trocknungsprozeß.- 8.3. Berechnung des Trocknungsprozesses.- 8.3.1. Aufgabenstellung.- 8.3.2. h-x-Diagramm.- 8.3.3. Nutzung des h-x-Diagrammes für die Berechnung des Trocknungsprozesses.- 8.3.3.1. Trocknung mit Luft.- 8.3.3.2. Trocknung mit Verbrennungsprodukten.- 8.3.3.3. Trocknung mit Verbrennungsprodukten und Rückgas.- 1. Verlustbeiwerte für Strömungswiderstände.- 2. Physikalische Parameter von trockener Luft bei einem Druck von 101,3 kPa.- 3. Physikalische Parameter von Verbrennungsprodukten bei einem Druck von 101,3 kPa.- 10. Thermophysikalische Stoffwerte der wichtigsten Stahlmarkengruppen.- 11. Thermophysikalische Stoffwerte einiger Buntmetalle und deren Legierungen.- 12. Gesamtemissionsgrad einiger Werkstoffe.- 14. Verzeichnis wichtiger Standards.- Sachwörterverzeichnis.