高溫電加熱過程模擬分析.pdf

1、工業(yè)電爐是普遍使用的加熱設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究具有重要意義。本文對(duì)電阻爐核心加熱元件的傳熱特性進(jìn)行了較細(xì)致的模擬計(jì)算和分析，具體研究工作有以下幾個(gè)方面： 1.對(duì)電加熱體材料的研究 本文從電熱體結(jié)構(gòu)、尺寸、表面溫度三個(gè)方面對(duì)電加熱體進(jìn)行研究，得出圓管狀的電熱體的內(nèi)外溫度分布比較均勻。當(dāng)電熱體的直徑D>5cm時(shí)，棒狀及方棒電加熱體的內(nèi)外溫差比較高，而管狀電加熱體則相對(duì)比較低。電加熱體外表面溫度對(duì)電加熱體的影響也比較明顯

2、，半徑一定時(shí)，溫差與電熱體外表面溫度近似成平方關(guān)系，當(dāng)外表面溫度一定時(shí)，電加熱體溫差隨著半徑的增大而升高。 2.高溫電加熱條件下，對(duì)于含有大分子碳化硅雜質(zhì)顆粒的石墨電加熱材料進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)模擬，得知電流對(duì)碳化硅顆粒與石墨電加熱體之間的溫差影響最大，當(dāng)電流密度達(dá)到20A/mm2時(shí)，溫差達(dá)到35℃。而且，碳化硅顆粒的存在，也使石墨體的溫度升高，碳化硅顆粒粒度越大，石墨體內(nèi)部升溫越高。 3.研究了非穩(wěn)態(tài)情況下各種電加熱元件的傳熱

3、特性 對(duì)于管狀電熱元件，內(nèi)部絕熱材料的壓緊對(duì)應(yīng)著密度的變化，它對(duì)電熱體升溫及內(nèi)部溫度分布都有很大的影響，壓緊的絕熱材料比未壓緊的升溫快而且內(nèi)部溫差較低。對(duì)于J GQ型電加熱元件，在壓緊的狀態(tài)下加熱元件外表面達(dá)到70℃所用的時(shí)間明顯少于未壓緊狀態(tài)下所用的時(shí)間。另外，在未壓緊時(shí)加熱元件內(nèi)部的溫度明顯高于壓緊情況下的溫度對(duì)于石墨電熱體。研究了石墨體非穩(wěn)態(tài)電加熱升溫過程中，電加熱體的升溫速率與石墨體的密度有直接關(guān)系，根據(jù)模擬得知在電加熱

4、過程中石墨體溫度分布均勻，因此反推出升溫速率與電熱體密度的關(guān)系，當(dāng)密度較小時(shí)計(jì)算結(jié)果與模擬結(jié)果相吻合。對(duì)于有裂紋存在的棒狀及管狀石墨電熱體，裂紋的存在對(duì)石墨電加熱體升溫過程中的影響非常嚴(yán)重，由于裂紋的存在，棒狀石墨電熱體升溫速率下降，對(duì)于10mm的棒狀電加熱體，對(duì)于直徑為10mm的棒狀電加熱體，無裂紋時(shí)，1s鐘后的溫度為524.95℃，而有裂紋時(shí)的最高溫度才為434.587℃，并且溫度的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)都集中在裂縫附近，這就會(huì)在裂縫處產(chǎn)生