Исследование процесса отжига стеклоизделий в условиях сложного теплообмена

• Автор: Тихомирова, Тамара Ивановна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 178 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. Роль отжига в производстве стеклоизделий и проблема расчета процесса термообработки.

1.2. Методические основы выбора режимов тепловой обработки стеклоизделий.

1.2.1. Анализ режимов отжига.

1.2.2. Анализ оборудования для процесса отжига стеклоизделий.

1.2.3. Анализ процесса релаксации напряжений во время отжига.

1.3. Исследование существующих математических хмоделей отжига стеклоизделий

1.3.1. Анализ переноса радиационной энергии в процессе отжига

1.3.2. Анализ методов расчета радиационного теплообмена в моделях отжига

1.4. Выводы по обзору, цели и задачи исследования
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СЛОЖНОГО
ТЕПЛООБМЕНА В СТЕКЛОИЗДЕЛИЯХ В ПРОЦЕССЕ ОТЖИГА
2.1. Исходные предпосылки
2.2. Методы математического моделирования радиационнокондуктивного теплообмена в стеклоизделиях.
2.2.1. Система дифференциальных уравнений радиационнокондуктивного теплообмена в селективной среде
2.2.2. Вывод дифференциальных выражений плотности потока излучения
в неограниченной среде.
2.2.3. Дифференциальные уравнения переноса излучения в ограниченной
среде.
2.2.4. Дополнительное излучение границ
2.2.5. Эффективное излучение на границах рабочего объма
симметричная задача
2.2.6. Расчетное уравнение для дополнительного излучения границы
2.2.7. Расчт эффективного излучения на границах рабочего объма при несимметричной задаче.
2.3. Алгоритм расчета температурного поля стеклянной заготовки в процессе
2.3.1. Определение температурного поля во внутренних точках.
2.3.2. Решение дискретного аналога
2.3.3. Экспоненциальные интегральные функции
2.3.4. Расчет интеграла Т4 Т4Л0 сх
2.3.5. Расчет лучистой температуры Т4
2.3.6. Определение эффективного излучения футеровки.
2.3.7. Расчет температуры на границе в первой точке.
2.4. Проверка адекватности математической модели комбинированного теплообмена в стеклоизделиях
2.5. Выводы.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В
СТЕКЛОИЗДЕЛИЯХ В ПРОЦЕССЕ ОТЖИГА
3.1. Прогнозирование температурных полей в листовых стеклах в условиях радиационнокондуктивного теплообмена
3.2. Анализ динамики охлаждения листового стекла при термообработке.
3.3. Прогнозирование температурных полей в оптических стеклах
в процессе отжига
3.4. Проверка адекватности методики прогнозирования температурных полей
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ
РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ
4.1. Описание процесса отжига оптических стеклоизделий и постановка задачи
4.2. Разработка режимов отжига оптических стекол УФС и СЗС.
4.3. Разработка метода контроля остаточных напряжений в непрозрачных
стеклах
4.4. Расчет экономической эффективности
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
РАБОТЫ.
5.1. Выводы по главе.
Общие выводы.
Библиографический список использованной литературы.
Приложения.
Введение
Актуальность


Качество отжига тарной посуды влияет на стабильность ее прочности и эксплуатационную надежность. Снижение способности выдерживать внутреннее давление (до 1,8 МПа), наблюдается при некачественном отжиге бутылок для шампанских вин []. При отжиге оптических изделий особенно важно получить стабильную структуру стекла, так как физические свойства нестабилизированных стекол постепенно изменяются в эксплуатации в сторону ухудшения оптических параметров (стекла “мутнеют”) [4,]. Не случайно в научно-технической литературе значительное внимание уделяется теории и организации режимов термообработки стеклоизделий [-]. Исследование отжига стеклоизделий позволяет рассматривать этот процесс как сложную физико-механическую систему [7]. Качественный анализ структуры физико-механической системы включает предварительный анализ информации о физико-механических особенностях процесса отжига и учет всех возможных эффектов и явлений, присущих протеканию данного процесса и влияющих на его ход. В рамках математического аспекта проводится качественный анализ возможных математических подходов, которые могут быть положены в основу описания процесса отжига. Процесс отжига стеклоизделий происходит в печах или лерах отжига [5] и заключается в теплообмене стеклоизделий с окружающей газовоздушной средой. Стекла относятся к полупрозрачным (диатермическим) материалам, перенос тепловой энергии в которых осуществляется по двум механизмам: кондуктивному (перенос энергии только при контакте микрочастиц) и радиационному (испускание и поглощение атомами тела лучистой энергии) []. Теплообмен на поверхности стеклоизделий зависит от температурного поля стеклоизделий, а интенсивность взаимодействия с окружающей его средой определяется коэффициентом теплоотдачи а, который зависит от интенсивности циркуляции газа у поверхности []. Для исследования нестационарного теплообмена в стеклоизделиях имеется два подхода к решению поставленной задачи. Первый подход заключается в описании сложного лучисто-кондуктивного теплообмена дифференциальными уравнениями теплопроводности. Коэффициент' теплопроводности в этом уравнении представляет собой величину, в которой учггены как теплопроводность, так и излучение, и называется суммарным или эффективным коэффициентом теплопроводности [,,]. Второй подход - составление и решение математического уравнения, наиболее точно описывающего физический процесс теплообмена. Такой подход использовал Р. Гардон в своих разработках [7-], однако он не приводит вывода основных формул, учитывающих лучистый теплообмен, ограничиваясь специальными коэффициентами в конечно-разностной схеме расчёта. Результаты конкретных расчётов малочисленны и служат иллюстрацией метода. В настоящей работе именно второй подход взят за основу исследования сложного теплообмена, сопровождающего процесс отжига стеклоизделий. Температуру стекла, которой соответствует вязкость стекла Па-с, называют температурой отжига. При этой температуре в течение 3-х минут снимается около % внутренних напряжений. Обычно температуру отжига принимают в качестве верхней (начальной) температуры Тв<0 стадии ответственного охлаждения стеклоизделия. Нижняя температура ответственного отжига Тн>0 - температура, соответствующая вязкости ,5 Па-с, при которой за три минуты снимается около 5% внутренних напряжений. В зависимости от состава стекла Тн на - 0 °С ниже Тв. Границы зоны отжига Тв. Ти. С/мин [,,], по температурной зависимости вязкости стекла [,-]. В настоящее время применяют методики расчетов режимов отжига, которые непосредственно или с введением незначительных изменений основаны на рекомендациях Адамса и Вильямсона [9]. На практике при расчете скорости нагрева стеклоизделий до температур отжига (1-2 стадия отжига) вводят коэффициент пятикратного запаса прочности, принимая в качестве допустимых напряжения в 4-5 раз меньше условных. При отжиге разнотолщинных изделий расчет ведут по наибольшей толщине. В полом изделии, толщина стенок которого везде одинакова, эффективная толщина равна удвоенной толщине стенки.