【正文】 （ 2）各層的溫差。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 （ 4）鋼材成分的影響 鋼材成分不同，對(duì)工件的加熱的升溫，均溫和保溫都有明顯的影響。由實(shí)驗(yàn)確定，并受熱處理工藝因素影響，在空氣爐加熱時(shí)，一般取 － ，碳素鋼取下限，合金鋼取上限。 三、金屬加熱時(shí)間的理論計(jì)算 167。 厚件 ：加熱時(shí)應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木鶡釙r(shí)間，待熱量逐漸向內(nèi)傳遞，使內(nèi)外部溫度趨近一致。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 厚薄數(shù)（比歐數(shù)） Bi 厚薄數(shù)是爐內(nèi)加熱介質(zhì)對(duì)工件綜合換熱系數(shù)和工件加熱深度的乘積與工件熱導(dǎo)率的比。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 時(shí)間數(shù)（傅立葉數(shù) ） Fo Fo：工件材料熱擴(kuò)散率 a與加熱時(shí)間的乘積和工件 加熱深度 δ平方的比。 167。 工件在流態(tài)化床的受熱方式有：熱氣體對(duì)工件之間 對(duì)流換熱 ；流動(dòng)顆粒不斷沖擊工件表面，進(jìn)行 導(dǎo)熱 ；顆粒和氣體與工件間的 輻射換熱 。 167。 1－ 5 綜合換熱 中溫?zé)崽幚黼娮锠t 這類爐子一般不安裝風(fēng)扇，輻射換熱系數(shù)比高溫爐的有明顯降低，但仍然相當(dāng)高，仍占較大比例。爐氣為自然對(duì)流，對(duì)流傳熱量很少，忽略不計(jì)。 1－ 5 綜合換熱 例：設(shè)工件在 800900℃ 的恒溫爐內(nèi)加熱， C導(dǎo) =（），工件平均溫度 T2av=2/3T1，試求在加熱過程中工件表面與爐子輻射面間的平均輻射換熱系數(shù)。提高爐子內(nèi)壁面積，即增大它與工件受熱面積的比。暗焰黑度較小。 1－ 4 輻射換熱 167。根據(jù)有效輻射 J和投射輻射 G的定義和 1 2 1 21 1 2 2 2 1J J J JFF12Q???－ －或 ＝ 11 0JEG 1 ??－＝ －0 1 0 212121 1 1 1 2 2 2EEQ1 1F F F??? ? ?－＝－ 1 －＋ ＋ 推導(dǎo)： 無限大的灰體平行放置的平面。 1－ 4 輻射換熱 ? ?? ?000J E 1 A GE 1 GJEG1?????＝ ＋ － ＝ ＋ －－＝－投射輻射，表示單位時(shí)間內(nèi)投射在物體單位面積上的輻射能。 1－ 4 輻射換熱 440 ( ) ( )10 0 10 00TTE E C C??? ? ? 圖 5 平衡黑面與灰面間 的輻射熱交換 （ 3）、灰體的吸收率與黑度的關(guān)系（克希荷夫定律） 物體的輻射和吸收，是物體同一性質(zhì)的兩種表面形式。假設(shè)灰體輻射 波 譜如同黑體一樣也是連續(xù)的，光譜曲線也與黑體相似，灰體的單色輻射力 Iλ與同一溫度下的黑體單色輻射力 I0λ之比為一定值，與波長(zhǎng)無關(guān)，即， ε λ 為灰體的單色黑度，或單色輻射率。輻射和吸收對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性，選擇性最大的是氣體，最弱的是電解質(zhì)。 1－ 4 輻射換熱 1879年用實(shí)驗(yàn)確定 1884年用理論證實(shí) 實(shí)際物體和灰體的輻射和吸收 （ 1）實(shí)際物體和灰體的輻射和吸收特性 吸收率：對(duì)投射其上的輻射能夠全部吸收，吸收率 為 1，不隨波長(zhǎng)和溫度影響。 （ 2）普朗克定律： 1900年 普朗克導(dǎo)出了黑體在不同溫度下單色輻射力 I0λ隨波長(zhǎng) λ 的分布規(guī)律。 167。 ?D=1時(shí)，輻射能全部透過，則該物體被稱為“絕對(duì)透過 體”。 1－ 3 對(duì)流換熱 熱射線：從理論上講，物體熱輻射的電磁波波長(zhǎng)可以包括 0－ ∞整個(gè)波段范圍， 不同波長(zhǎng)的電磁波投射到物體時(shí)，可產(chǎn)生不同的效應(yīng)， 其中可見光和紅外線的電磁波被物體吸收后能顯著變?yōu)闊崮芏刮矬w加熱，因而 稱為 熱射線 。 167。 1－ 3 對(duì)流換熱 自然 對(duì)流時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)（ 爐墻 、 爐頂 和 架空爐底 與 車間空氣間的對(duì)流均屬于自然對(duì)流換熱） 167。 流體的物理性質(zhì) 流體的流動(dòng)形態(tài) 167。 流體的流動(dòng)形態(tài) 層流和紊流可用一個(gè)無量綱數(shù)，即雷諾準(zhǔn)數(shù)（ Re）來判別。 1－ 3 對(duì)流換熱 ?流體的流動(dòng)狀態(tài)分為 層流和紊流 ； 如圖 ： ?紊流時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)比層流時(shí)要大得多； ?傳熱的快慢主要受層流底層的控制，層流底層 厚度 δ層 越小，紊流程度越大。 1－ 3 對(duì)流換熱 ?流體流動(dòng)可分為 自然對(duì)流和強(qiáng)制流動(dòng) (或強(qiáng)迫流動(dòng) )。 1－ 2 傳導(dǎo)傳熱 ? ?? ?? ?111 1 21222 2 32333 3 431 2 3mmmmmmFQ t tsFQ t tsFQ t tsQ Q Q Q?????????? ? ?. ? ? 1212 ttFQ t t ssF??? ? ?? 143121 1 2 2 3 3141 2 3R R Rm m m m m mttQsssF F FttQ????? ? ??＝＋ ＋11121 1 2 2nnnm m m m m n m nttQsssF F F???? ? ?????? ? ? n層平壁爐墻的導(dǎo)熱公式： 復(fù)合多層爐墻 保溫層由硅藻土磚和膨脹蛭石粉等兩種材料筑成，這種爐墻稱為復(fù)合多層爐墻。 多孔性和纖維狀的物體： 有較低的熱導(dǎo)率。 1－ 2 傳導(dǎo)傳熱 常見物質(zhì)的熱導(dǎo)率 純金屬： 金屬的熱導(dǎo)率較高，與電導(dǎo)率成正比，最大的為銀。 1－ 1 基本概念 爐壁的傳熱 dtQFdx? ? ?Q dtqF dx? ? ? ?一、基本方程式 法國傅里葉 1822年提出在均質(zhì)固體中單純導(dǎo)熱的基本定律： 在單位時(shí)間內(nèi)所傳導(dǎo)的熱量 Q與溫度梯度和垂直于熱流方向的截面積成正比 。 熱流 熱流密度 四、傳熱的一般方式 t? 由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中的過程稱為 傳熱過程 。 1－ 1 基本概念 溫度梯度 ?物體 (或體系內(nèi) )相鄰兩等溫面間溫度差與兩等 溫面法線方向距離的比例極限，稱為 溫度梯度。 物體的輻射換熱量為該物體吸收的輻射能量與它同時(shí)向外放射的輻射能量差值。掌握多層爐壁穩(wěn)定的傳導(dǎo)傳熱計(jì)算方法；掌握對(duì)流傳熱的條件、特點(diǎn)、規(guī)律、影響因素及爐內(nèi)傳熱計(jì)算中的應(yīng)用；掌握輻射傳熱的特點(diǎn)；掌握爐內(nèi)綜合傳熱的計(jì)算與應(yīng)用。 1－ 1 基本概念 —— 傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射 對(duì)流傳熱 定義：在工程上，對(duì)流傳熱常指流動(dòng)的流體與所接觸的固體壁面直接接觸，當(dāng)兩者溫度不同時(shí)，相互之間進(jìn)行熱量傳遞過程。 溫度不隨時(shí)間變化而變化，稱為 穩(wěn)定溫度場(chǎng) 。 167。 1－ 1 基本概念 Q K F tq K tFF?? ? ? ?熱流密度 q為： 1tR KF?1tr K?1 tttQRKF????1 tttqrK???? 167。其中溫度對(duì)材料的熱導(dǎo)率影響很大。 液體： 熱導(dǎo)率小于固體。 1－ 2 傳導(dǎo)傳熱 λ為常數(shù) 內(nèi)外表面積相等為 F 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 167。 167。 強(qiáng)制對(duì)流： 流體受外力作用（泵或風(fēng)機(jī)）發(fā)生強(qiáng)迫流動(dòng)，其流速和分子質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的劇烈程度都遠(yuǎn)大于自然對(duì)流。 紊流： 流體質(zhì)點(diǎn)不僅沿前進(jìn)方向流動(dòng)，而且還向氣體方向作不規(guī)則的曲線運(yùn)動(dòng)。紊流越劇烈，速度越接近一致。 1－ 3 對(duì)流換熱 幾種不同條件的對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算公式： t1為爐墻、爐頂或爐底的外表面溫度。 1－ 3 對(duì)流換熱 強(qiáng)制 對(duì)流時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù) ?（ 2）、氣流在通道內(nèi)層流流動(dòng)時(shí) 氣流呈層流流動(dòng)時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)主要決定于爐氣的熱導(dǎo)率，而與爐氣的流速無關(guān)，其對(duì)流換熱系數(shù)可用下述近似公式計(jì)算： —— 爐氣的熱導(dǎo)率 〔 W/（ m.℃ ） 〕 d—— 通道的當(dāng)量直徑 (m)。 0t0 t tt0v v 5m / s273v =v 5v =0 .35 5= m / s273+tv 10 20 m / s v m / s1α 13 .1620 .69 34 .73q α 50 0 10 0 40 0 αα q 53 84 , 82 7613 89 2W/?解 ： 求 ， 當(dāng) ＝ 時(shí) ，＝當(dāng) 為 、 時(shí) ， 分 別 為 和 ，設(shè) 金 屬 板 為 軋 制 表 面 ， 代 入 表 中 ， 則 三 種不 同 氣 流 速 度 所 對(duì) 應(yīng) 的 值 分 別 為 ： 、和 。 1－ 4 輻射換熱 QA+QR+QD=Q ?A=1時(shí)，輻射能全部被物體吸收，這種物體叫“絕對(duì)黑體“簡(jiǎn)稱“ 黑體 ”。 氣體 不能反射熱射線， R=0， A+D=1。 167。 0 m a x ()mI ? ? 黑體的總輻射力 E0 （ 1）定義：是指在一定溫度下，黑體單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出各種波長(zhǎng)（ 0∞）的輻射能量的總和。各種物體的吸收率隨溫度的變化規(guī)律也不相同，大部分金屬材料的吸收率隨溫度升高而稍有升高，而大部分的耐火或保溫材料的吸收率卻隨溫度升高而下降。 167。 1－ 4 輻射換熱 0000000000000I d I dEEIdEIdE000EEIIIIEEEE?? ? ? ??? ? ???????????? ? ????? ? ?????????????? ? ??????對(duì) 于 灰 體 ： （ 灰 體 的 黑 度 ）＝＝ ＝灰 體 的 單 色 黑 度 與 波 長(zhǎng) 無 關(guān) ， 定 值對(duì) 于 實(shí) 際 物 體 ： 與 波 長(zhǎng) 有 關(guān) ， 所 以 ＝黑度與單色黑度的關(guān)系： 灰體的輻射力：