Класическите методи за анализ на работата на електросъпротивителни пещи са свързани с използване на топлотехническите параметри, на чиято база се съставят алгебрични или диференциални уравнения, в зависимост от изследваните режими – установени или преходни, с или без товар. Тяхното решаване представя развитието на процесите и показва качествата на конструираната пещ, за която е получено съответно задание. В зависимост от условията на работа и изискванията на потребителя са зададени и съответно подлежат на оценка:

        - характеристиките на нагряваното тяло;
        - температурата, времето или скоростта на нагряване;
        - конструктивните особености на ЕСП, влияещи върху процеса;

    Проектирането, извършвано чрез използване на различни методи, осигурява конструктивното и механично оразмеряване на всички елементи, но не дава оценка са развитието на температурните полета при нагряване и охлаждане на комплекса пещ – детайл. Разпространен метод за проектиране е графоаналитичният, в който се използват критерии и графични зависимости:

        - Критерий на Био Bi = ./
        - Критерий на Фурие Fo = .t/d²=t/T_q
        - Критерий на Нуселт: Nu = (_k.l)/_av = f(Gr; Pe; Re)
        - Критерий на Грасхоф: Gr = (.l³.g.t)/v²
        - Критерий на Пекле: Pe = (.l)/v.v/_av
        - Критерий на Рейнолдс Re= (.l)/v
        - Критерий на Прандтл Pr = v/

    Някои от посочените по–горе критерии се отчитат от графични зависимости което довежда до намаляване на точността, има предимно ориентировъчен характер и не съдържа конкретни данни за протичането на преходния процес.
    В съвременните условия този въпрос се решава със сложни програмни продукти, които изискват съответно машинно и интелектуално осигуряване.
    Цел на настоящата разработка е да предложи обобщен модел и съответен подход за разглеждане работата на електросъпротивители пещи (ЕСП). Преходният процес на разгряване, протичащ в стените и нагрявания детайл се решава с модел със съсредоточени параметри в съответните елементи на системата пещ – детайл. За тази цел се съставя система диференциални уравнения (ДУ) или модел чрез метод на крайните елементи (МКЕ). С цел автоматизиране на съставянето на системата ДУ е разработен софтуер (от екипа на Physical Process Modeling), при използване на който не се налага употребата на скъпи програмни продукти. Едно от основните предимства на предложеното програмно осигуряване е неговия специализиран характер спрямо разглежданата тема, като на тази база се основава лесната му употреба и настройка.
    Анализът се провежда при следните допускания:

        - Детайлът е хомогенно тяло, в което различията се отчитат чрез плътността. В случай, че се моделира насипен материал се приемат приведени параметри;
        - Топлопренасянето чрез лъчение се приема като основно (за средно и високотемпературни пещи) при разчета на процеса в камерата на пещта;
        - Топлопренасянето към околната среда от корпуса на пещта се извършва чрез естествена конвекция и лъчение;

    Загряваното тяло както и пещта се разглеждат като пространствени масиви от данни, включващи съответните характеристики: - коефициент на топлопроводност, d,S - дебелина и площ на слоевете на стените, q – мощност на отделните нагреватели, n1 - брой на слоевете на стената на пещта, n2 - брой на слоевете на детайла. Чрез компютърна симулация на процеса на топлообмен се получава съответната температурна картина. Софтуерът предлага възможност за разглеждане на двумерен и тримерен модел. След получаването на данни се прави анализ и съпоставка. Получените резултати дават възможност за по-точна оценка и корекция при проектирането и се използват за корекция на някой параметри – геометрични и мощностни характеристики.

    Моделирането на съпротивителни пещи чрез системи диференциални уравнения и преходния процес на работа е изложено на:

    Индиректно загряване на телата – несиметрично
        Едноетапно разгряване на пещта
        Двуетапно разгряване

    Преходен процес на разгряване на електросъпротивителни пещи


    Фигури 1 и 2 показват преходен процес на разгряване на електросъпротивителна пещ. Изчислителните процедури са проведени за различни установки пещ-нагрявано тяло. Използван е модел съставен чрез система диференциали уравнения и числената му реализация в MatLab.

    Фигури 3 и 4 представят разпределението на температурно поле в две различни в установки.

    Фигура 3 - неустановен режим при нагряване на множество детайли, разположени в камерата на пещта. Наблюдава се неравномерното разпределение на температурата между вътрешните и външните детайли.
    Фигура 4 - установен режим. Нагряваният детайл е монолитно тяло разположено в камерата на ЕСП. Наблюдава се температурното разпределение в стените - огнеупорен и топлоизолационен материал.

Фигура 1

Фигура 2

Фигура 3

Фигура 4

    Информация по предложената тема: Електросъпротивителни Пещи: част I, част II, част III.