Mathematisches Modell für brennstoffbeheizte Industrieöfen unter besonderer Berücksichtigung der Gasstrahlung

Es ist ein Energieaustauschmodell fUr brennstoffbeheizte Ofenrlume entwickelt worden. Dieses Modell, des sen Schwer punkt in der ~eschreibung der Gasstrahlung liegt, bildet den Hauptbestandteil eines Gesamtmodells eines StoBofens mit Ober- und Unterbeheizung mit Festherd und Verbrennungsluft vorwlrmung. Die Selektivitlt der Gasstrahlung wird durch die von Hottel [3} as entwickelte Darstellung des realen Strahlungsverhaltens als d einer gewichteten Summe von zwei grauen und einem strahlungs1n aktiven Gas erfaBt. Im strahlungsdurchllssigen Spektralbereich und im Bereich des kleineren Absorptionskoeffizienten wlrd der Strahlungsaus tausch zur BerUcksichtigung der Reflexlon nach einer Zonen methode, im Berelch des grBBeren Absorptlonskoeffizienten nach einer FluBmethode berechnet. Der Unterschied von Emisslonsgrad und Absorptionsgrad eines Gases und die Abhlnglgkelt dieser GrBBen von den Strahler temperaturen wlrd durch die BerUckslchtigung der Temperatur abhlngigkeit der Wlchtungsfaktoren der grauen Spektralbe reiche in der Realgasdarstellung erfaBt. Bel der hier Angewandten Zonenmethode handelt es sich urn eine von Hering [9]benutzte Modifikation der von Cohen [17] entwik kelten Zonenmethode fUr den Strahlungsaustausch in umschlos senen Rlumen. Die entscheidende Xnderung besteht in der Be grenzung der Relchwelte der Strahlung in axlaler Richtung durch ElnfUhrung fiktiver Wlnde. Der dadurch auftretende Fehler liegt nach Herlng r9] bel der Begrenzung des axialen Strahlungsaustausches auf dle dlrekten Nachbarelemente bel maximal 5 %. Durch den hier zus!tzlich berUcksichtigten Austausch mlt den jeweils Ubernachsten Ele menten in axlaler Richtung ist dieser Fehler noch wesentlich Kleiner geworden.

Inhalt

1. Einleitung.- 2. Theoretische Grundlagen und Stand der Modelltechnik.- 2.1 Strahlungsverhalten von Gasen.- 2.2 Methoden zur Berechnung des Strahlungsaustausches transparenter Medien.- 2.3 Vergleich von mathematischen Modellen.- 3. Bilanzgleichungen des Energieaustauschmodells für den umschlossenen Ofenraum.- 4. Ermittlung der Koeffizienten der Bilanzgleichungen.- 4.1 Wärmeaustausch durch Strahlung.- 4.2 Wärmeaustausch durch Konvektion und chemischer Umsatz.- 5. Anwendung des Energieaustauschmodells auf einen Stoßofen.- 5.1 Mathematisches Modell eines Stoßofens.- 5.2 Eingabegrößen.- 5.3 Ergebnisse.- 6. Zusammenfassung.- 7. Literaturverzeichnis.- 8. Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen.- 9. Abbildungen.