Исследование теплового режима работы форм для литья неметаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РГВ од

/ 3 ЧЛЯ 1393 акадшкя наук украины

■ институт техническое! тепшзшшш

Ба правах рукописи

7 а м з й ч у и

Орээт Прьашч

исследование теплового реши. работы

гои) для литья кзиеталлов

01.04.14 - ташзофззика и молекулярная фззаха

АЗТО?ПОЗРД?

диссертации на соясканнв учёпой степени кандидата твшнчоскнг наук

РаСота Еигмшва в Украетшот институте клакеров водного-лоаййшг {г» Евшо)

Научназ рушзводиташ: дажгр тгшЕчасгаи наук, профессор Зй£городай 1L0.«

жавдвдат ^гагка-ыатвматичвсзшх нар:,

доцежг

BsacES А.П.

Сфщрашш сшоашш: доктор тезютескнх наук, профзссор Дгпттевко Н.Й.,

ЕЕздадаз твзначвсгш; наук, старднй ваучкий сотруд-ш: Ггадазко В-Г-

Ввддая о^и^ча.узд^.1: — Лквожзяй гтп лктвхндце ckz£ институт

Явдта соеаштся М&Я 1993 г. в IS часов

на заседании сявдуадтафававваго совета К 016.43.02 в канфервщ-згха Института тегннчэснпЗ тешюфазшщ АН'Укрзяны (25205?, r. ite2B-S7, ул. Явдябава, 2s).

С ^ссвртгфш2 ио^го ознгшя^ггься в библиотеке ИГТФ АН

Удттятто. .

¿вгорафераг ртагиуяя-я ^ " (Хи/э&ЖЯ 1993 г.

УЧВЕЗЗ CbEJ»T2pb

спвДА?шздровзааауо совета

кавддаг зшютвскв! наук i/itf*^ Кривошей О.А.

ОБЩАЯ ХШЖГЕРИСГЕКА РАБОТЫ . . .

• Актуальность тека. Еольсзз рзззрва в делэ говнгеная сф^зкигв-гасти производства стэкольшх прадпрзятп?. залогенз в процесса фор-ювания ЕзделиЗ, Процзсс формования является «шшм и издизучея-гка. Трудность изучения процесса формования изделий загшяается в )Го быстротечности. За очень короткое время пз стеклофоршфупцих ¿аззяах стекломасса превращается в готово? пздэлпэ.

Однпа 23 ваглых элементов процесса фораюванзя является формо-зоо оборудована, от состояния а правзлшоЭ гксадуатаццп которого зо шогса зашснт качество изделий я производительность стеклофор-аувднх шашн. Сорыы является основный а ванзейш! технологическим элементом лабоЗ стеклофср'уЕсэа кашпзы. В пах осуществляется основная технологическая операция форюобразсвапая п фзксггса фора изделия. СтеклофораущгИ инструмент, по сравнена» с друпиз узлами высокопроизводительных автоматов, работает в наиболее тяжелых уело-, ваях. От его качества п долговечности зависят производительность наработки стеклоизделиЗ.

В настоящее время создана шсояопроишюдатзльнне стоклаформую-£519 автоматы, позволяете изготавливать стеялсзздэлзя различной конфигурации п размеров. Однако, низкая екепкуатзшмпая стойкость стеклоформ и веудовлетЕорлтвльшэ. слузебпЕе свойства их конструкционного материала т позволяет наксяггальсо использовать стеклофор-ыугщиз чазиш. Прездевре::звпнз остановил па пэреиалздгу пеюдеэго лз строя стоклофоргугцэго пзстру;.эп?а приводят к нзобосяиананм простоял ¡лягтттт, СД223НПЗ качества стеклоиздэлиЗ я у^зньганпз когф-5здззнта внходз годзоЗ продуется.

Поэте:»у постоянео вздЗтся рботз га улучтзепз слрнбнаг своЗств стеклофора,.улучееинэ своЗств пх кодструкцпснЕого цатерза-лз. Эти разработка ведутся з рззтих ЕапрзЕлэниях: улучзазт смазку форд, изменяет конструкцпз фор.!, 'квиявт материал, пз которого изготовляв? фора, хгяяняэт розы л способа охлацдашга форд.

Условия, в которнх протекает процзсс кгрсбстки издзлия, представляет собой слогаув фнзлческув систему: стездкгзсса - дзтали форд - окру^гацая среда. Изменение хотя Сц одного пгра'-'этрз сясте-неизбежно влечет -за. ссбсЗ пзкегвниз ряда других пзрггзтроз.

Нэ дзет до.™ого еффзята учбт отдэльезх фзктегез.

Тек, при конструирована обйчяо пз пряпг:.иэтся го тегдпра-

туракэ соля детагаЗ форд и сбусяззлзидпо дгфор.'.зцпн, что го г.32г32 случаях ЙЗЯГЗТСЯ С дней ПЗ ПСП23 ЛЗр7Г5ПИЯ нормальных усдо-выработки издзлиз.

Пвдь работы. Совершенствование методики численного и аналитического расчётов форм для литья неметаллов и 'разработка опытно! конструкции стеклоформы с параметрами,близкими к оптимальным.

В задачу исследований входило:

1. Построение и обоснование математически! моделей теплообмена в форме! и материале заготовки.

2. Аналитическое, численное и экспериментальное исследование фэрмованад стекла при литье стеклотары.

3. Разработка, изготовление и проведение экспериментов с улучшенными кон£грукциями стеклафрм для получения оптимальных условий процесса выработки стеклоиздеявй.

Объекта и из то дика исследований. Работа выполнялась на основании теоретических, числаяша и . экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования теплового режима работы форм проводились на 1-окитновском и Костопольском стеклозаводах.

Теоретические исследования проводились для получения:

— математических моделей распределения температуры в стекле и стенке формы в одномерной и двухмерной' постановке к, .их решения численннми методами;

— уравнения теплоотдачи от стенки формы с учётом наличия & форме радиального ребра я его аналитического решения;

— уравнения теплоотдачи от станки форин -с учётом наличия в форда продольных рёбер и его аналитического решения;

— уравнения суммарной теплоотдачи от стенки форма с учётом радаа.1ышх и продольных рйбер.

— исходных. данных для совершенствования существующих кон. струедиа стеклоформ..

• Для решения полученных уравнений были использованы аналитические и численные метода с 'применением ЭШ.

Научная новизна работа. В диссертации решена важная техническая проблема —: разработана форма для литья Еомэталяических изделия, но своим конструкционным параметрам близкая к оптимальной. В результате интегрированного (численного, аналитического и вкспера- ■ изяталыюго) исследования процесса теплообмена в стоклоформах в ' строгой математической постановке разработана математические модели задача распределения температур в материале заготовки и стенке форма' | и получены их яналитические и численные решения с использованием ЭШ.

Получ-эны дифференциальные уравнения второго порядка: типа. . уравнения Бесселя, моделкрувдев теплопроводность при наличии в фор-мэ раднальшз. рёбер; даффэронцвааьное уразкэшш Бооса ля, модели-'

тзцее теплопроводность при наличии з.Сор'ле продольных рёбер; ураз-яке суммарного теплового баланса формы. НЕйденц ид аналитические гения, которые моено еспольсовзть для ИЕЕе норных расчётов и коп-рукрованая форм для литья неметаллов.

Разработан ко'лшзкс программ для решения иатекатичоской моде-[ в стекле и' стехлоформах, которыз реализован в интегргрованЕкх ©да;; Turto Basic и Turbo Pascal 5,5 и адаптирован для ПК IE3 ?с !\АТ иди 1БН-соЕмесг2мых компьютеров.

Новизна основных технических предложен2JÎ, разработанных при зголненин диссертации. подтзергденэ решениями Государственного йпггета га СССР по долам ¡гзобретекй 2 открой о выдзчи азтор-:ого свидетельства "Осрмз для литья стеклоигдолй".

На звдкту якносятся нолозения:

— создание эффективных математических моделей р а спрос траке-¡я тепла в заготовке z стенке <jop!¿H при латьэ изделий из некетсл-

>в;

— мэтодака проведения численных расчйтоз и"анализ полученных :зультатов для кош ре тнсй .формы;

— разработка обоснсзанных численных алгоритмоз ;: создакиз ;с*ходикого про граненого обзепзчекия для 'исследования процессов ¡плопрсводности з стекле и стеклофор.у.ах;

— конструкция оробр^нной стекйэфора, позволллаая получить >статочно 'равномерное распределение тегяюрчтурн по высоте её parces поверхности.

Практическая значимость работы. Полученные результата ззгет :я более портного понимания процоссоз перенссз тепла в материале ::

'0ЕК9 íop;."i.

Разработала методика расчета то.тпературзэго поля стэ*:лс£ор:! с шаьз S Si, а такзэ хзтод определения опетлальшг условий внрабо-¡чного процесса для автоматов секционного ггла.

Полученные ■ результаты исследования ксгут б-дь яспохьгозапи ;я созэргзяссБовгЕ^я суцестзукцз: и при создании ногж фор: для пья изделий из неметаллов.

'результаты работа подтворг^ехК пслупгоиззодстззннгз зкепзр;:-' :НТ£!.к, прозодивлгкися на Рокптнозско:,; и Костопо.льсксм стеклозг-

>д2х.

Достоверность подученных результатов обеспечивается керргкт-)сгьэ и. строгость» псстглое.-си кзтегатцческнх кодзлег p:/rc:.-.arçn-:е?ссс задач, применение-;« обоспоззнннх" изтекгглчс-с-сдс ггегсеоз к ¡следование и рзпгниз задач; ислодьг.с22лГгк согрегешхд численин:;

методов л средств вычислительно© техники. '

. ПроЕоденнке численные расчёты на основании .применяемых ча ленных методов, а танха ледовые расчёты по полученным анзлптиче юм формулам дала удовлетворительное согласование с эксперимбз тальныш даншая.

Аппробашя работа и публикации. Осеовнкэ полоеэния и резул тати работы докладывались на республиканской научно-техняческс конференции (г. Ровно, 1990 г.); на всесоюзной конференции проблемам энергетики тепдотехнолоп» (г. Москва. 1991 г.); на 4 региональных конференциях Украинского института инЕвнеров водно: хозяйства (г.Ровно, 1990-1992 гг.).

Полностьв работа докладывалась на расширенном заседании si Седры теплотехники, теории мехакизмоз и деталей машин Украинское института инженеров еодного хозяйства (1992 г.); на заседании об', едзённого научного семинара отделов теплообмена в дисперсных си< темах и "зстационарного тепломессопэренооа Института техничосю теплофизики. АН Украины (1993 г.).

По теме «щссортаиик опубликовано, 8 печатных работ и оде изобретение. •

Объём и структура работы. Диссертация состоит нз введена пяти глав, выводов, списка литературы из 111 названий. Работа ksj ;:ена на 120 страницах машинописного текста, Екпзчая 33 рисунка в таблиц.

• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной рас та, сформулирована цель исследований. Оодерзжтся изложение того в вого, что вносится автором в. исследование проблема, приведена кра кая характеристика полученных результатов и иолоаеянй, выносим автором на защиту. . - -

В пэр с ой гдаво выполнен краткий обзор латерэтуры, в котор рассмотрен! процессы формования и явления теплообмена в стеклофо мах. В настоящее время основная масса стеклоизделий. вырабатывает на высокопроизводительных стеклоформущих автоматах. Особо высок требование предъявляются к стеклоформукщему инструменту, в котор производится. формование» стеклоизделий. Проектирование и конструир вание фурм .для литья стеклоизделиа рассмотрены в работах U.E. Гла, штейна, А.Е. Котляра U.E. Степнова, С.!,i. Гензалева.

От уровня текгарзтурц фор:,а к ааы^туда ее колебания в значз •телько?. степени зависят рэгам работы и качостда кзготовлэннах кзда

Я. Уровень температур стекольных форм зависит от способа форгава-ш, аада яздедй, состава формуемой стекломасса, ;-:атераала» хгонст-

"кщй я способа охлазд^пм форм. В связи с ним за послодкш года гтекслвно исследуется теплопередача внутри стекла и в деталях >рл, теплообмен на границе стекло-иоталд, теплоотдача от фора з груггядув среду, а таюгз температурные поля з Формах при выработке ¡зяпчшгх изделза. В идеально выполненной' форго формукцие повврх->стз долпа емэть изотеряггеское поле температур. Как правзяо, по »рцугцта поверхностям доеэтсп некоторый перепад температур. Чем ¡SKS8 этот перепад, тем лучке работает <*сраа.

Тепловой рзсчэт форм - весьма ваг-игй этап гх проектирования. $учэнзго температурных полой фор« является сдай кз частных случгзв юрип теплообмена. Сундачвнтадьнкэ работа по теплотехнике A.B. Лы-газ, H.A. йнхеева л друхлх позволили запять отечественной наука о ¡плота одно из зедуцах мест в глшэ. Для получения высококачествен-¡x годелй кзобходамо стре:а;ться к одинаковой скорости охлаждения тгзрдоагя стехлскасса во всех попвречка сечениях изделия на лю-m высоте*. Тггсэ услоазя могут бать созданы при язотеряхческом ;р:сзанзи изделий, основы которого ззлсгял И.И.. -Китайгородский, ¡рзгческге осесбп фсркэваЕпя стекла россшгрэпз .в работе Л.С. Эй-жсона других исследователей, где. пригодятся расчёл; геплогах язмэа Сорговззхш ленты стехлз, сплошаах круговкх стеклянных - диэдров, пеностекла я ввастаз методом прессования. Вопроси теплооб-ща з расплавах рассмотрена в рзботех П.О..Завгородаего, P.S. Казакова, Н.й. йгзсггвЕко я ^рутяпс. вазсшн переходом неметаллов >:лга пренебречь, поскольку процесс формсзагкя очень бнстрот-оху-St. Катается ряд друглх работ по -оалогам расчетам, однако, ргзлзгжэ асодог: дапнах технологических параметров ™ допущений не позволяет хгмзпзть результаты -этих работ к конкрэтЕШ условиям Енргботкл геклг-зых азделий.

Вопрос с вгаяшдзйсэкш стекла ж форгущяг поверхпостей д-зтз-сок.; пока изучен слабо, хотя з некоторых работах D.A. Гулояна, _ .К. Карнскхцкого, 3.2. "арпннной сделана попытки изучение отого гпросз. Вследствие чего о температурной полз погрзшчнсго слоя вы-сазпзаззтся протгЕсре'-ззгне ¡шешк: одел автора говорят об идеальном :птакте, доугхэ вообдэ отрзцапт его. Зто объясняется,тем, что пока ■ st er.5 sasSzsas теосетгчесхтх :: ексяер^знтглькнх дггпнх, несбхо-e.'jzx для расчёте.

Во bTOi;;? главе :.:одэ.-фсвз--:э теплового possxa производится з дю'-э^сй Pcsenne зада™ з одпсхгрхой постановке ig»-

водилось с целью отработки методик .расчёта, а также для определения влияния смазки на поверхности контакта стекло-форма на процесс теплопроводности. На границе раздела Фас (соприкосновение материала заготовки и формы) рассмотрены два случая контакта: идеальный

(ае=0) и с термическим сопротивлением ( «=-3—, где — коэффициент тешгаггроводаости смазки, В — толщина слоя смазки). В общем виде для обеих случаев контакта математическая модель задачи ис-''следования, теплового рехима в материале и стенка формы описывается слэдушУГ краевой задачей:

с(Т)(>(Т) - "ЭРг *|р ]' г € а"(°>г1 №1 >гг>' <1 > Т(г,0)=Т0. у г е С=(0;г1)и(г1;г2), (2)

Щ8Р- о, ... о)

огГ

Ш) ёгг = -<* (4)

ат^.л,^! ' , (6)

Г=г} 1 от

- Ь,(Т>Ж-\ . (6)

I 2 "1^+0

гт.(г,г), о$г<г., где Т=Т(г,1)={ 7 температура соответственно

)?г(г,г}. г, « г $ г2,

в матарпалэ и в станке фордо; л(7,Ы ' — теплопроводность материала и сгонки форгаг. • • • .

для ооаиг случаев позтрозшг: математических моделей задачи получены иг численные рэпёнгя.' Результата расчётов представлена в вида графических, «авикаюстей ^(г^^) с Т=Т(гх,г), где г,,^ — поотогпнш парак&тры. Анализ рзпеша данной задачи покакал, что кгличио смазяп ев поверхности контакта стзкло-форыа сказывает ез-г.рачительное влачние на тепловой реши работы-фор:.:. -

В третьей главе исследуется тепловой реки работ: в двухмерной постановке с учете:.: результатов выполненного ео второй гдз-бз исследования влияния си-зк»: на процесс теплопроводности. По-, «•.ольку чкелоише рясчак; данной аздачц и одаоу.эряой постановке показали (ркс.2), что наяичиэ сказки на Енутроннэк сюккэ фиргдг ока-• заваэт • иззначгггельЕое ыиянкз аа тепловой резш работа форм, поэто-

исследуется танковой per-sä прз идеальном контакта на граютдо ¡дела фаз стекло-форна. ,

• Мате?гатачэскоя кЗдэдь задачи гсслодования теплового рзглма toiы фора з двухмерной постановка опксывазтся «идущей крзэвоЗ ¡ачеЗ:

д

!)рт g . _L Z. [хт 4, [щ, -i).

'(г,з,0)=

гт'0, о ^ г « г;, 2( < 2 ç

.2^, г, «rs г2, О и О rt, OSzçz,.

öT(r,0,t)

% :

ÔT(r2,z,i)

or

=-oL(? - T ),

rfr,s(+0,t>rfr,2r0,i;

a?{r,2.+o,í; --= V

dT(r,z.~0,t} (T)--1-

d?(rrO,z,t)

ôô :

'dT(r1+0,z,i) -z--

dT(r,zp,î) ÔT(r,z„t)

UT 3T(0,Z,t) _

52

_ - (T4-

o.

(V) (8)

(3)

(10) (11)

(12)

(13)

(14)

(Í5) (16) (17)

Здесь и з «гаяьнейпзм кндакс í — опрздэлле? гаЕгсСЕПКЭскпз гстза г.атор'лала, а индекс 2 — фсркн. Дгйзрэютальноэ ypassa-(7) спасаваэт пгкевэЕвэ теьяэратура з сгокдэ я стошсз фзргш. Э32Э (3) задсЗт. распрэдзлзшта тсгяг-зратурц з начальной жазгс: .:эпл. Гранлчшэ усдовзя (9) и (10) водазт расярлдсшггв. 'тгглю-ур па ззезнэа rosepsHocra форта (соотЕЭтстаегко на гоковой sa (т|) и дпэ (7g)). Гренгаш условия (11 )-(14),' которое яз-гся условэзя сслрггззгя, 'задает рзспро». язггэ seisrpasyp па rpssielî гхззргпосгл Озр-2 (соотзо^сгзэпно на стенхо (74) п дзз •a(7f)). йз взрзззЯ граням всадуг-йогкэ (7^) г гоздух-стегигэ ) садаггся тргкггза услээтя Стекала- Больцкзяа (15) игз Ньаго-»2К2Пг (16). УСЛОЕПЗ (17) ЛВЛ£2?СЯ УСЛОБЗМ C3GÄ7p33.

5

т

J

" . Для численного решения краевой задачи (7)- (17) вводится разностная сетка в области С=С}и С2 нзыанзння независимых переменных

_

3=0,«г; 1*0,К; г2*\>П,;яг2=П2'Нг; },

.гдэ Л2 — саги сетка, соответственно по пространственным пе-рекеншш г, г и времени t.

Дея численного ресэкия задачи попользуется метод переменных • направлений. Согласно этой схема, пзрегрд по врекэни Т от временного слоя й до слоя Рл1 осуществляется з два этапа. На первом этапе определим промежуточное значение температура из уравнения

Ъ+1/2 к

? - Т

Ь+1/2

\Гг

а па Егором отаяе, используя найдешшэ значения нахо-

дам 2""":

~о75-= срг Ь-сГрГ Ы7-(Т) Ш • (19)

Црэзодя более ползун дгскроггзацав (18), (19), получаем

>.+ '/2 Ь

т - т

1П.___

ч/г

1 1 1 '

г - г

Ы1/г

Т —

_ с _

С /I

1

1 ~ср--7г ? - Г

х/г

2 I

1 1

41 П-

3* тГ

"4.1

- О,

1

ь л+г/г Г - Г

«< 4.1-;

(20)

ср Тг;

£гН/2 Ь1Г/г

4-1 . .<

- ?

II

4 + 1

/I,

к+1/2.

т

.а, '-У-тг-ЬЫ

1

1 1

У

ср а,,

4 , г + <

где

Чг

{+)

Г &

—»7 — I

? Г *

"Г" I *(!?„ V

Г

ь+»

/п т

"и 1.-.1-Г

К

(21)

1

е

Запзаем от разнсстсаз соотрсхонпя для itpaoeizx. услмпЗ (8)~ (1?) сформулированной еепэ задачи. Из начального у слагая (8) получаем

о r.j! л, 4Л п,

ссталыпи inj.

•f U j

-Po» 0

v

(22)

где

-1-й ^/"г-Из аппроксимации условий (9) и (10) получил

h+i/a

<:2 >Л1 w,_ ^

d.i. -Т.-1. J * Кг + о/1г *с::

eft.

Чо

Ä.T f

m +

'11

2 2

«Л., _' о

л + ал„ с:: 2 2

(23)

(24)

Условия сопрягэния (11)-(14) для узлов контакта стекло-форма 7 j н 74 анпрокимзруэтся в бядо .

ь+г

fe+i

, « ) = М-г , З1» _ О <« n,. J-r (23)

Получим есб рэзностЕпэ соотношения на границе 73= 7^ U 7'.:?. Аппроксимируя грашгше услозяя Стефзна-Болытгйа (15) на гранкцо (стекло-воздух), ьолучпм:

la+i

*1„ ~ ?

ыг

[JkO

ICO J I iOQ .

а на границе (стэЕьа-воздуг.) п?;ззм:

т

Ъ*1

п

"i.n-t

г 1

(27)

(28)

(29)

На ocr. сигмзгрш! разностное условие будз? нцс?ь вид

h+i/2 2t+i/2 <71 _ п

'О,J - "i.J

w4ncj»BEoe peseuae разностной схе-з (2.0)-(S3) получено катодам прогонки.

Как и з случао сдаслоргсй eoctsscbke задачд аэдзсрозаняа теплового possaa работа фор:: для лптья коэтзллоз (глаза 2), так и для двупирш* постанопгл. разрейотэз хскясэкс программ, который реализован в иггвгрнрогаппг: срэдгх "ягЬо Basic :: гкгЪо Pascal'5.5* а адаптирован для ШС IEI 2i\A2 или 132 - ccEwicTSiiri кэттасгров.

о

Для более. наглядного представления по результатам расчётов построены графики зависимостей Т=Т(и где

— постоянные параметры.

Как следует гз рис. 3, профиль температура ка рабочей поверх-' - кости форз 13583? явно шшуклыЗ вид с олтамукои на средине ей высоты. Следовательно, • для поддержания равномерной температуры по Еысоге стеши (?отш требуется наличие дополнительного отвода тепла с её поверхности. Последнее осуществляется путем введения в конструкция фора рЭбэр, расчЗт которых производится з следущой главе.

В четвертой глава исследуется тепловой рагшм работы форкы. с уча тел поперечных п продольных рЗбер, а тгхзэ получено уравнение суммарного теплового баланса форьа. Из анализа численных расчетов распределения температур! по кысото (глава 3) следует, что равномерного распределения температуры могло.добиться путем введения в конструкцию поперечного (радиального) ребра з область'максимальных значений температур.

Проведём расчёт гепдообкзна с учйтоа радиального ребра. Пусть задана геометрия трапецеидального рзбра: г,, е, ср, Р.. Ызтерлал ребра однороден н изотропен (Я=сошз;;. Задала температура окруаээ-щэй среда Г.. и козффэдионт теплоотдачи а'. Теиюратурнаа нзпэр в основании рзбра (сечение 1-7) 6=;~Г„ считается заданным. При этом 4 — температура в основания рэбрз определяется из рэвэшя предыдущей задачи е принимается равш£ температуре, полученной при решении задач в разделах 2 п 3 для "гдадасЗ ззлэгшици с размерами, равный? размерам исслздуейя езлоззш, к соответствукцвй пеорэб-р-йяаой части издозлецц. *

Вэдэлзв ?ламэЕт ребра о тоягзпоЗ <2г (. 1) загиеззд уравнение теплового баланса

^аг = «о' (20)

где С>г п — соответственно нходяоий з: шход.с£2 тепловые потоки з вадалекао«! элеизЕТв, обусловленное тзплопроЕодностьв й.; £?а-?вшюво2 поток, ¡ееходезеЗ з скругаясув среду через боковую поверхность элемента, обусловленный таплоотводон а.

Подставив ргссшганаза взлачивн в уравнение (20), получка р

йв Н-2Г ЙЭ ей

------——— = о. (о1)

с&**? г-(К-г) & к(Я-г)в1щ

Рис. 1. Схематический разрез поперечного рабра.

Для однозначного определения температуры в ребро форгн для уравнения (31) ставятся следугцио граничные условия:

при

при г=г2;

г=г ; в=9 .

1 ¿ем

аг

'' ' г

л

=_ —

(32)

(33)

Обцвв решение данного уравнения представляется в виде

е = С, у.ш + Сг у2(=), (34)

где х=г/Я; у,(х) п у0(г) — фундаментальные репеЕля уравнения (31)

^ СО : • ,-2; ч

г-^ г", ^ О, | (35)

Г.=0

¿»О

го . и; С0 =?, С, « О. С. ~ 0 *-а ~---5=1. &2.3.4.....;

(1) И) (2) (2) (ЗС С021 О, С.Ч О. С^ ~2"'С»~

Яостоянн:» Сг Сг для грзпачша: услозлг <32),(33) спрэд^лйотся слэдуг^ии сбтзассм:

агь1

- е,»о„

а1Ь2 -

У^г/ю.

У,(Г/и), .

3 &тоа глава прэдзвздэн такгз" расчёт теплообмена с учётом ггродолыкх р-Убэр. • запасе« усдовкз телдодаго баланса

(33)

к выходйцай тэплоЕыв потоке, обусловлен-223 теплозпрэзодностн) Я.; тепловой поток, наодазиа з окрухаи-ц?» среду через бокозуз шаархность элемента, обусловленный тепдо-отводоп сС.

«Г Н ^г

Подставка

33Л1ГЩ1НД Б (33), подучим яг ■ с: б

П

С™

СОДф

= о.

(35)

Введя коорд-днату г^рзвиую уравнен;» (ЗЭ)

кохгв овеет к урзвпзяшэ Бессаля

!

9

= О,

(40)

ав

рзсзЕйэ которого ¿ааэет бнд

С^С,-1с(2 ■ГГ) *■ Сг-К0(2 -ПЕ-), (41)

гдя Г0, &0 — кэд5фзчЕгоз£Ег29 функцкд Баооеля первого рода кулевого поряди; С , О — копзтгдхк. Гретназ уедоддя В1звт кц, г**-,,

Г

"1"

Zг.

. с5

,'* --г

е£7 ег

(42)

для которых кснст£нтк С, к О, определяется так:

С .--—--~--——2-—

С„-Э,

(43)

- Теплозой гогок от гпэододьекх о-Ьбер равед

'¿г V

гдэ £ *— безразмерный каемке эффективности рЗбор о учётом веищие на твлдолой поте;: нх гкыгпестз?.

00гл.я «гоагостдача от р-Ьб-^р '"л низов опродглг.отсл

по формуле '

где с^о)— приведенный коэффициент теплоотдачи ОТ ВСб'Л поверхности £орг.и, который равен

«г- «ул-тй- + ^ • .

Теплоотдача от двух поясков; находящихся по обе стороны от радиального ребра, ннчисляется по формуле

п. . 146)

где / =21с! — плооздь одного пояска.

Тогда общая теплоотдача от всей поверхности формы, за исключением радиального робра, определяется следующим образом

= УУ^2^0,^' 4ГЧ/р=п> (47)

где с^сп)— приведекныЗ коэффициент теплоотдачи от зсой поверхности 'формы, кроме радиальных рёбер, н который равен

чГЧйг^; * *

На основании вкпеизло^енного получено уравнение сухарного теплового баланса от всей боковой поверхности фор;.^.

"= Ч Чр^8^ У'? + «о0Лпо + Ч^'п "рр^РР" (49)

В пятой главе дано описание разработанной н згидпщёниой автор- . с1сим свидетельством конструкции опытной стекло^оркн, а такээ экспериментальные исследования, проведённые с вэй-.

На основании полученных результатов и ж? анализа литературы предложена форма для литья стеклотар:, ксторуз глогшо использовать на автоматах роторного типа с всздушнЗм охлаждением.

ПредлогоЕш.а форма повышает производительность а улучшат качество стеклоизделий за счёт интенсификации охлаэдения и создания изотермической области температур на рабочей поверхности фор?.м. По сравнению с прототипом предложенная форма позволяет повысить производительность на 10___15% за счёт интенсификации охлаждения фор, ни, уменьшить расход воздуха на 20...255 за счёт применения диффузоров и более полного псподьзовакпл охдахдапцэго воздета, улучшать качество стеклоизделий за счёт водучэшш изотермической области температур рабочей поверхности. Строк работы опытной форгы в 2...2.5 раза пропадет срок работы обыкновенной (¿ормы и, пзи этом, на 15...20% ушньпился выход 'брака. 0

Учитывая шгрепЕоога измерений текператур рабочег г.овзрдцостн формы и тгрегзюстк расчетов, обусловленные щзанятши з работе до-птезнияка, когко' заключить, что теоретические к экспериментальные результате .согласуется вполне удовлетворительно. Это подтверждает ЕращяьЕость тборэтнческах вкводов г численных решена, полученных • v з работе. , •

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана кгтематлчзскал кодель процесса тестового pesiada сне-зены "наорэорйынзя Езлокнада-отхиЕка" к ксашексваг катод её реализации.

2. На основашш анализа результатов численного всслздавазкя математической • ксдзлн получено рззпрэдадзвгз температура со высота стенки ЕеорэбрЗнной изла:кгцы. 'шлохышоэ з основу разработке кон-струцровалая сребрённой стехлоформз, поззоляндзе получать• достаточно равномерное рзспредедозгле температуры по высоте ее рабочей псз-эрхносэт:.

3. Получено апглптгческое решнке задачи распределения темперзтуры з орэбр&пзой кзхогзпцо с возькжностл варьирования комбинацией врсдо-г-ЬЕНх ц поперечных ребер.

■ i .Сопоставление рэ&ультато» численных, к взапнтачаских реэекий с результатам лабораторных SKcnep:2í-3HTQ3, провэдёкннг азторгм, а так-29 друпзлг хсслэдоватолЕя, свздэтэльсгвуег об их удовлетворятелъ-

■ еоы совпадения, что "подтверадс9? правомочность л достоверность метода катематгческого .мэдэ.изрозан::.-: процесса результатов ЧЕСлэянах Есследозсх22.

5. Изготовлен и газгаЗн азтерегсел свидетельством лрояызлэкний об-■ passu фзрха для литья стеклотара с достаточно, рззноыеркпм распределенном "те?,пэратура по васохе её рабочей повбраюстк.

6. Установлено, что ленодьговавзе предлогэнной конструкции фора повивает с<§ долговечность в 2-2.5 раза, ук-экьгает брак на 15-2QS, псЕКпгет пропзБодхтвльпость стекдофорь:ущ£з автоматов на 10-152, уменьшает кассу форма па 15S и расгад' охлгкдгхдзго воздуха за 20-255.

Экспзрхконтйдьныэ кселедевгния теплового peias.'a рзботз сори для дгтья некзтгллез, гаполнэнзыэ s условлях пслупро;.гсл энного зкепе-ржаата показала, ::то значения тегаератур, полученное раочйтнкк ЕЗ'тё:;, отлгчазтея от гкепер^зяталънзх данных на 8-12%. это под-• гсзргдвзт пргвкдькзегь тгоретгчзекгх выводов, вргнятьа: допущений и достаточна; для хфгггкчгешх цэхаз грс^зоззЕзаэ иотед: расчета. 8. Ргзргбоггаггя конструкция форда дл.-. лкья стеклотара кгходегоя б стад,": сет!хй2.ого вледрсапг з производство кг_ Косгопольскогл ста:-;- _ доггводз.

«

Основное содзрианне дгссзртацпи опубликовано в работа?.:

A.c. 1728137 СССР, ШШ2 С ОЗ^В 9/38. Форма для изготовления стеклоиздзлий/ П.0. Завгородний, O.D. Тпкейчук, Б.И. Червоный а др. (СССР) .-£4832399/33; Заявл. 29.03.30; Опубл. 23.04.92,Евл.й15. ЗавгороднМ П.О., Тимзйчук О.Ю. Тешюзий реким форл для литтгя 1 його ептим1зац1я з.дрпомогоп Ш1//Тезп доп. рэг1онаяьно1 н.-т. конференцИ "Нов! техн!чн1 рйаення при викснанн! кэл1оратнвша роб!т"(1992г.). - píbh8 :У11БГ, 1992. - С. 102. Завгородний П.0., Тимойчук О.Э. Эконогая зноргорэссурсов пут0м усовершенствования технологии отливки изделий из неметаллических материалов//Тез. докл. 3-й всесовз. копфэренцип по проблемам энергетики теплотехводогпа (17-1? сентября 1991 г.). -У.:Из-во МЭИ, 1991. - С. 99. V

Завгородяй! П.©., Власис А.П., Тпмэйчук O.S. Один 1з иетод!в опткм!зац11 теплового решку роботи фра для лнття некэтал±в //Тезн доп. ре г Юн. н.-т. конфэрэнцН присвячено! 70- р!ччэ У11ЕГ. (23-24 листопада1992 р.).- Р1вно:ШШ\ 1SS2. - С. 8. Завгородний П.®., Власхз А.П., йзлейчук 0.3. Математическая модель теплового регсма работы фор!! для литья Еэкэталлов/Унр. ин-т инз. водного хоз.-К., 1992,- Бс. - Рус. -Дэп. з УкрйНГЕИ s.10.1992, й1536-ук92.

Моделирование теплового pesas работ форм для..янтья пздзяй из неметаллических материалов/ Завгородаий П.О., Нузкн В.В., Власш А.П., Тиывйчув О.Ю. //Тез. дозсл.респ. н.-г. конфэрзнция "Иэхакизация производств, процессов в водохозяйственной строительстве" (28-29 ноября 1SSO г. )-Ровно:1!ВСС0 гГ1фанш,1390.-С.44. Расчёт теплового регима работа форм для литья накэталлов / Завгородний П.Ф., Пухлы В.В., Влагая А.П., ТплзЗчук 0.Ю//Тез. докл. регион, н.-т. конференции "Достагения цаучиэ-тахгпоского. прогресса в практику глелноратпвкого строительства ■ (16—17 декабря 1990 г.). -Ровно:УИИВХ, 1990. - С. 43-44. Тимейчук О.Ю. Моделирование теплового рзяпма работы форм для литья неметаллов в дзухшзрной постзкогкэ/Угф. ип-т ннз. водного хоз-ва.-К., 1992.- Бс. - Рус. -Деп. в УКрИНТЗИ 6.10.1992, ГА ':)37-Ук92.

Гимейчук 0.0. Теплсобмй на зови1шн1й стйц! фарш для лиття з врахуванням рад!ального рэбра'/Тезз доп. рэг1он. н.-т. конфэ-рзнц11 прпсвячено! 70- р!чча ЛЗВГ.(23-24 листопада ^292 р.). . -Р1внэ:УПВГ, 1992. - С. 42. ;

т, с

380

370 -

/

-----------------------

360

— 1 —2

0 12 3

4 5 6 Ь с

10

Рис.2. Графики зависимостей Т=Т(гп,Х ) при г,=О.Об м:

1 — идеальный контакт; 2 — неидеальный контакт.

•4=10 с -4=5 с - х=3 с — <=1 с

0.3 .27 .24 .21 .18 .15 .12 .09 .06 .(5 .03 О

/

г

I # /

г, (п

Рис.3. График зашгааюстЕ Т=Т(г^г.г^) при г = 0.03 н.