【正文】 167。在這種狀態(tài)下的換熱稱強(qiáng)制對(duì)流換熱。 ?強(qiáng)迫對(duì)流換熱 的換熱系數(shù)值 大 于自然對(duì)流，其換熱系數(shù)的計(jì)算和分析主要依據(jù)流體的 流速 V。 1－ 3 對(duì)流換熱 二、影響對(duì)流換熱的因素 流體流動(dòng)的動(dòng)力 流體的流動(dòng)狀態(tài) 流體的物理性質(zhì) 換熱面的幾何因素 167。但當(dāng)兩種材料熱導(dǎo)率相差不大時(shí)，交界面接近等溫面，可以近似地當(dāng)作單向穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來處理。 1－ 2 傳導(dǎo)傳熱 210)x s txtQ d x F b t d t? ??? ? ???? ＋? ?121212)2mttbFttQ t tssF?????? ? ??＋λ隨溫度變化而改變的。 1－ 2 傳導(dǎo)傳熱 ? 例： 1. 耐火磚與紅磚砌成的爐墻 s1＝ 150mm， s2＝200mm， λ1 ＝ （ m.℃ ）， λ2 ＝ （ m.℃ ），t1=300℃ ， t3＝－ 5℃ ，求該爐墻單位面積的熱損失 q和界面溫度？ 三、平壁爐墻上的導(dǎo)熱 單層平壁穩(wěn)定導(dǎo)熱 圖 1 單層平壁爐墻的導(dǎo)熱 dtQFdx? ??Q d x F d t? ??210x s txtQ d x F d t??? ? ???? ? 1212 ttFQ t t ssF??? ? ??? ? 1212 ttq t t ss ??? ? ??整個(gè)傳熱面積上的熱阻。除水和甘油外，液體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低。 合金： 比純金屬低。材料的熱導(dǎo)率與溫度的變化呈線性關(guān)系，即 在實(shí)際計(jì)算中，一般取物體算術(shù)平均溫度下的熱導(dǎo)率代表物體熱導(dǎo)率的平均值。其數(shù)字表達(dá)式為： 167。 1－ 1 基本概念 Rt為整個(gè)傳熱面積上的熱阻； rt單位傳 熱面積上的熱阻 爐壁傳熱過程的熱阻(等于組成該傳熱過程串聯(lián)的各傳熱環(huán)節(jié)的熱阻之和 )內(nèi)表面上的對(duì)流和輻射傳熱熱阻，爐壁內(nèi)的導(dǎo)熱熱阻和外表面上的對(duì)流、輻射傳熱熱阻之和。 1－ 1 基本概念 爐壁的傳熱 Q K F t??t? K為傳熱系數(shù) 〔 w/ （ m2.℃ ） 〕 ，它表示溫差 1℃ ，面積為 1m2時(shí)，單位時(shí)間的傳熱量。 1－ 1 基本概念 2/)Qq W mF? （? ?WsJQ ,/,—— 單位時(shí)間由高溫物體傳給低溫物體的熱量。它是一個(gè)向量，并規(guī)定由低到高為正，由 高到低為負(fù)。穩(wěn)定溫度場(chǎng)中的傳熱過程稱為 穩(wěn)定傳熱 。 1－ 1 基本概念 二、溫度場(chǎng)、溫度梯度 溫度場(chǎng) （ 1）定義：傳熱系統(tǒng)或物體內(nèi)部的溫度隨空間和時(shí)間的變化狀況 。 167。 教學(xué)提示： 教學(xué)要求： 研究熱處理爐內(nèi)傳熱的基本任務(wù)就是解決如何把燃料或電產(chǎn)生的熱量有效地傳遞給工件和如何減少爐子的熱損失問題。 第一章 傳熱基本原理 第一章 傳熱基本原理 返回總目錄 授課人：楊 曉敏 North University of China College of Materials Science and Engineering ? 理解傳熱學(xué)中的相關(guān)概念及其相互關(guān)系 。 第一章 傳熱基本原理 11 基本概念 12 傳導(dǎo)傳熱 13 對(duì)流傳熱 14 輻射換熱 15 綜合換熱 16 金屬加熱計(jì)算 第一章 傳熱基本原理 ? 傳導(dǎo)傳熱常稱導(dǎo)熱，指溫度不同的接觸的物體間或一物體中各部分之間依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象 。 1－ 1 基本概念 輻射換熱 定義：具有一定溫度的物體以電磁波的形式不斷地向外發(fā)射輻射能，當(dāng)投射到與其不相接觸的另一物體時(shí)，便部分地被吸收，吸收了這種電磁波的物體又將其轉(zhuǎn)化為熱能，這種的傳熱過程為輻射傳熱。 （ 2）不穩(wěn)定傳熱和穩(wěn)定傳熱 各點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化而變化，稱為 不穩(wěn)定溫度場(chǎng) 。 ? ?t = f x , y , z ,? ? ?t = f x,?三向溫度場(chǎng) 單向溫度場(chǎng) 167。 l i m0ttg r a d tnnn??????????????167。 ? ?221 , ??? ??? mWmsJq—— 單位時(shí)間單位截面的熱流。其大小反映了傳熱過程進(jìn)行的強(qiáng)烈程度。 167。 1－ 2 傳導(dǎo)傳熱 熱導(dǎo)率（ W/(m. ℃ )) 0t bt? ? ? ?二、熱導(dǎo)率 物理意義： 熱導(dǎo)率反映了物體導(dǎo)熱能力的大小， 物理意義 ：單位時(shí)間內(nèi)每米長溫度降低 1℃ ，單位面積能傳遞的熱流量。 1 2 1 20 22m ttb ? ? ? ?? ? ? ? ?167。高合金鋼熱導(dǎo)率隨溫度升高而增加，低合金鋼隨溫度的增加而降低。 氣體： 熱導(dǎo)率很低，隨溫度的升高而增加。 單位傳熱面積上的熱阻 。 實(shí)際上平壁的內(nèi)外表面積不相等，取平均面積 Fm 2 1 212121222 F FmmF F FFFFFF?? ? ??? 多層平壁穩(wěn)定導(dǎo)熱 若各層緊密接觸： 第一層： 第二層： 第三層： 167。各層熱流量： 復(fù)合多層爐墻 1211m m 1ttQsF?????2 3 2 3223m 2 m 2 m 3 m 3t t t tQssF F???? ?＋1312m 1 m 1 m 2 m 2 m 3 m 31m 1 m 121ttQssF F Fst t QF??? ? ??＋＋＝ －12Q Q Q＝ ＝ 圓筒爐墻的導(dǎo)熱 井式爐 m 圖 3 單層圓筒爐墻的導(dǎo)熱 四、圓筒爐墻的導(dǎo)熱 單層圓筒爐墻的穩(wěn)定導(dǎo)熱 167。 1－ 3 對(duì)流換熱 167。 流體流動(dòng)的動(dòng)力 箱式電阻爐內(nèi)的自然對(duì)流 自然對(duì)流： 流體在固體界面處被加熱或冷卻時(shí)，其自身各部分因密度不同而發(fā)生的相對(duì)升沉作用，使流體發(fā)生自然對(duì)流。 井式滲碳爐氣流狀態(tài) 167。 1－ 3 對(duì)流換熱 層流： 流體質(zhì)點(diǎn)都平行于固體表面流動(dòng)。層流底層以外，熱量的傳遞主要靠流體質(zhì)點(diǎn)的急劇混合作用。 1－ 3 對(duì)流換熱 （ a） (b) 圖 1 流體的層流和紊流 穩(wěn)定層流在管道截面上的速度分布呈拋物線狀，截面上的平均速度一般取最大速度的 50%。 1－ 3 對(duì)流換熱 ?流體的 ρ 、熱導(dǎo)率 λ、比熱容 C和粘度 μ 等物理性質(zhì)直接影響流體流動(dòng)的形態(tài)、層流底層厚度和導(dǎo)熱性能等，從而影響對(duì)流換熱系數(shù) 。 強(qiáng)迫對(duì)流爐氣呈層流狀態(tài) — 直通式燃料爐，當(dāng)爐氣流速很 小時(shí)，爐氣一般呈層流狀態(tài)。爐頂 A=；側(cè)墻 A=；架空爐底 A= 〔 W/（ m2.℃ ） 〕 167。 1－ 3 對(duì)流換熱 架空爐底的自然對(duì)流 （ 1）爐氣在管道內(nèi)作紊流流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù) vt—— 爐氣的實(shí)際流速； d—— 通道的當(dāng)量直徑 (m)； Z—— 爐氣溫度系數(shù)； KL—— 通道長度 L與 d比值的系數(shù)； KH2O—— 爐氣中水蒸氣含量的系數(shù)。 1－ 3 對(duì)流換熱 （ 3）氣流沿平面強(qiáng)制流動(dòng)時(shí) 表 l 對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算 v0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣流速度，若氣流溫度不是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的要換算成狀態(tài)下。 167。 四、強(qiáng)化爐內(nèi)對(duì)流換熱的途徑 提高流體速度 加大換熱溫差 增大換熱面積 167。 1－ 4 輻射換熱 圖 l 輻射能的吸收、反射和透射 1A R DQ Q Q Q? ? ?絕對(duì)黑體的概念 當(dāng)能量為 Q的一束熱射線投射到物體上，如圖 1所示： 為物體的吸收率； A表示 為物體的反射率； R表示 為物體的透射率。 ?R=1時(shí)，投射輻射能全部被反射，且呈漫反射狀態(tài)（即 向各方向反射），則該物體被稱為“絕對(duì)白體”，簡稱“ 白體 ”。 1－ 4 輻射換熱 A+R+D=1 一般 固體、液體 ，對(duì)熱射線都不能透過，除了反射一部分外，其余部分則在它們的表面薄層內(nèi)被全部吸收。含水蒸氣、 CO2 為半透熱體。 1－ 4 輻射換熱 小孔面積與空腔內(nèi)壁面積之比越小，小孔就越接近黑體。 二、黑體輻射基本定律 黑體的單色輻射力 I0λ （ 1）定義：是指在單位時(shí)間內(nèi)單位面積的黑體表面向半球空間所有方向發(fā)射的某一特定波長的輻射能。 （ 2）一定溫度下， I 0λ隨連續(xù)變化，有以最大值。 167。 1－ 4 輻射換熱 黑體： 實(shí)際物體對(duì)輻射能的吸收率 隨物體的結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)而異 ，如表面粗糙度或表面有氧化膜的物體具有很高的吸收率，而高度拋光的金屬表面吸收率則很小。 輻射和吸收光譜通常是不規(guī)則。 1－ 4 輻射換熱 （ 2）黑度與灰體概念 實(shí)際物體的 黑度： 實(shí)際物體的輻射力 E和同一溫度下黑體的輻射力 E0之比值 ε 稱為實(shí)際物體的黑度或輻射率， 黑度表示實(shí)際物體的輻射能力接近于黑體的程度。提出了一個(gè)“絕對(duì)灰體”，簡稱“灰體”。 1－ 4 輻射換熱 圖 4 黑體、灰體和實(shí)際物體的單色輻射力 黑體 ε ＝ 1 單色輻射力I λ 灰體 ε 為小于 1的常數(shù) 實(shí)際物體 λ 167。 167。 表明： (1)吸收率大的物質(zhì)，其輻射率也大。 167。對(duì)于任意放置的兩黑體表面，它們各自投射到對(duì)方表面上的輻射能分別為 和 平衡時(shí)： 若黑體表面溫度完全相等， 則有 0 1 1 1 2 0 2 2 2