Характеристика методов расчета нагрева

Теоретической базой разработки методов расчета нагрева металла являются решения основных уравнений теплопро­водности при различных краевых условиях. Наиболее ши­рокую практическую реализацию имеют краевые условия
III рода. Большую роль в расчетах времени нагрева метал­ла играет критерий Ві. Напомним, что физический смысл и роль критерия Ві становятся ясными, если его значение записать в таком виде:

Числитель этого выражения S/lпредставляет собой тепловое сопротивление нагреваемого тела (поскольку s — толщина тела, а l — его теплопроводность), а знаменатель 1/a — также тепловое сопротивление, возникающее при переходе тепла от нагревающей среды к нагреваемому те­лу. Коэффициент теплоотдачи a, входящий в критерий Вi, характеризует интенсивность передачи тепла от печно­го пространства к поверхности нагреваемого металла.

При нагреве по толщине металла возникает перепад температур, величина которого тем больше, чем быстрее греется металл. При одних и тех же условиях нагрева пе­репад температур тем больше, чем толще нагреваемая за­готовка. Вместе с тем иногда и массивная заготовка (зна­чительной толщины) может нагреваться как тонкое тело, без возникновения существенного перепада температур, Это происходит в тех случаях, когда заготовка греется мед­ленно, т. е. к поверхности заготовки поступает такое ко­личество тепла, которое может быть передано от поверхно­сти заготовки внутрь ее без существенного повышения тем­пературы поверхности.

Таким образом, разделение тел в соответствии с их по­ведением при нагреве следует вести не только по их гео­метрической толщине, но и по тепловой «массивности», ко­торая зависит как от условий нагрева, так и от геометриче­ских размеров. Тепловая массивность должна определяться соотношением внешнего (по отношению к поверхности ме­талла) теплового сопротивления 1/a и внутреннего тепло­вого сопротивления металла s/l, которые и объединены в критерий Вi. В соответствии с этими соображениями к тон­ким телам относят такие, для которых Вi<0,25. При Вi>0,5 тела ведут себя как массивные. В пределах значений Вi от 0,25 до 0,50 находится переходная область; при та­ких значениях целесообразнее вести расчет тела как мас­сивного.