Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การศึกษาเชิงตัวเลขของการกระจายอุณหภูมิของแท่งเหล็กจากการแผ่รังสีความร้อนระหว่างพื้นผิวภายในเตาเผาเหล็ก

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

A NUMERICAL STUDY OF THE TEMPERATURE DISTRIBUTION OF A BILLET SUBJECTED TO THE THERMAL RADIATION AMONG SURFACES IN A REHEATING FURNACE

Year (A.D.)

2014

Document Type

Thesis

First Advisor

จิตติน แตงเที่ยง

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเครื่องกล

DOI

10.58837/CHULA.THE.2014.1202

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการกระจายตัวอุณหภูมิในแท่งเหล็กของพื้นผิวปิดล้อมภายในเตาเผาเหล็กด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลขเพื่อแก้ปัญหาสมการจากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สร้างขึ้น เตาเผาเหล็กแบบผลักดัน (pusher type) ถูกนำมาใช้ในศึกษาและวิเคราะห์หาค่าการถ่ายเทความร้อนแต่ละพื้นผิวภายในเตาเผาเหล็กในส่วนของ soaking zone เนื่องจากกระบวนการเผาเหล็กเป็นกระบวนการที่มีอุณหภูมิสูง ดังนั้นการถ่ายเทความร้อนจึงมีเพียงแค่การแผ่รังสีความร้อนเท่านั้น โดยแท่งเหล็กจะได้รับความร้อนฟลักซ์ที่ผิวด้านบนของแท่งเหล็ก การกระจายตัวอุณหภูมิในแท่งเหล็กถูกวิเคราะห์เป็นสองมิติภายใต้สภาวะคงตัว และคำนวณหาค่าอุณหภูมิของแต่ละจุดด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลขแบบผลต่างสืบเนื่อง (finite difference method) โดยใช้การคำนวณซ้ำด้วยวิธีเกาส์-ไซเดล (gauss-seidel) ซึ่งเปรียบเทียบผลการคำนวณกับค่าที่ตรวจวัดจากโรงงาน โดยงานวิจัยนี้วิเคราะห์ค่าตัวประกอบการมองเห็นของพื้นผิวแท่งเหล็กที่ถูกแบ่งเป็นชิ้นเล็ก ๆ และศึกษาผลของความหนาฉนวนผนังเตา | ผลของเปลวไฟ และผลของอุณหภูมิพื้นเตาต่อการกระจายตัวอุณหภูมิในแท่งเหล็ก จากการเปรียบเทียบระหว่างผลที่ได้จากแบบจำลองกับผลจากการตรวจวัดพบว่าค่ามีความสอดคล้องเป็นที่ยอมรับได้ การกระจายตัวของอุณหภูมิในแท่งเหล็กมีลักษณะเป็นการนำความร้อนแบบเชิงเส้นหนึ่งมิติจากผิวบนสู่ผิวล่าง โดยที่อุณหภูมิตรงกลางแท่งเหล็กมีค่าสูงเนื่องจากเป็นบริเวณที่อยู่ใกล้กับเปลวไฟ จากสมดุลความร้อนของแท่งเหล็กพบว่าการสูญเสียความร้อนผ่านผนังเตามีค่าสูงสุด ดังนั้นเมื่อทำการหุ้มฉนวนผนังเตาจึงส่งผลให้อุณหภูมิแท่งเหล็กสูงขึ้นแต่ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิแท่งเหล็กลดลง เพราะว่าแบบจำลองกำหนดอุณหภูมิพื้นผิวด้านล่างแท่งเหล็กคงที่ ส่วนค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานรวมแท่งเหล็กมีค่าลดลงโดยการลดอุณหภูมิเปลวไฟ และเพิ่มอุณหภูมิพื้นเตาส่งผลให้กระจายตัวอุณหภูมิในแท่งเหล็กมีความสม่ำเสมอมากขึ้น นอกจากนี้ส่งผลการแผ่รังสีความร้อนจากเปลวไฟและการสูญเสียความร้อนผ่านพื้นเตามีค่าลดลงด้วย ซึ่งสามารถลดการสูญเสียความร้อนผ่านพื้นเตาได้ด้วยการหุ้มฉนวนที่พื้นเตา

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

The study of the temperature distribution of a billet in the reheating furnace under the enclosure surfaces is presented. This research is conducted to investigate the numerical method by formulating the mathematical model and solving the governing equation. A billet is heated at the soaking zone in pusher type reheating furnace. Due to the high temperature for the reheating process, the only thermal radiation is applied at the upper surface of a billet. The two dimensions steady state heat conduction is employed by calculating the temperature with the finite difference method and solving with the Gauss-seidel iterative technique. The numerical result is verified with the field data. The different value of view factor of a billet and the effect of the insulation thickness | combustion flame and floor temperature on the temperature distribution are also investigated in this study. The agreement between the numerical result and the field data is fairly acceptable. The temperature distribution is likely one dimension from upper to lower surface. The hot spot of the billet occurs near the combustion flame. From the heat balance of a billet, the heat loss through furnace wall is the highest value. The billet temperature is increased but the degree of temperature uniformity is decreased when covering the wall thickness because the floor temperature is set. Decreasing the flame temperature and increasing the floor temperature, the degree of temperature uniformity is increased. Moreover, the thermal radiation of combustion flame and the heat loss through furnace floor are also decreased.

Link to Full Text

Share

COinS