冶金行業(yè)管理知識(shí)綜合傳熱分析

1、l對(duì)流與輻射的綜合傳熱對(duì)流與輻射的綜合傳熱l間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱l火焰爐內(nèi)的綜合傳熱火焰爐內(nèi)的綜合傳熱l換熱器（間壁式換熱器）換熱器（間壁式換熱器）l固定料層內(nèi)熱交換固定料層內(nèi)熱交換*l凝固傳熱凝固傳熱*主主要要內(nèi)內(nèi)容容第第9 9章章 冶金中的綜合傳熱冶金中的綜合傳熱2022-3-51第9章 冶金中的綜合傳熱輻對(duì)QQQA)100T()100T(a11a1C44bwgggwgwgAtth對(duì)AtthAtthwgwg輻對(duì)Atthhwg輻對(duì)Atthwgrchhhhh輻對(duì)h 總換熱系數(shù)， 2/mW9.1 9.1 對(duì)流與輻射的綜合傳熱對(duì)流與輻射的綜合傳熱2022-3

2、-52第9章 冶金中的綜合傳熱綜合傳熱（對(duì)流、輻射、導(dǎo)熱同時(shí)存在）換熱量如何計(jì)算？9.1 9.1 對(duì)流與輻射的綜合傳熱對(duì)流與輻射的綜合傳熱2022-3-53第9章 冶金中的綜合傳熱9.2 9.2 間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱2022-3-54第9章 冶金中的綜合傳熱爐墻的綜合傳熱過(guò)程分三個(gè)過(guò)程：p高溫爐氣以輻射和對(duì)流方式傳給內(nèi)壁p爐壁以傳導(dǎo)方式由內(nèi)壁傳到外壁 111WgTThq212WWTTq9.2 9.2 間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱2022-3-55第9章 冶金中的綜合傳熱aWTThq223p外壁以輻射和對(duì)流方式傳給周?chē)諝?

3、對(duì)穩(wěn)態(tài) q1=q2=q3=q2111hhTTqag9.2 9.2 間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱2022-3-56第9章 冶金中的綜合傳熱n1i2i1ffh1h1ttq21i22i1in1ii11fflhd1dd21hd1ttq21對(duì)n層平壁對(duì)n層圓筒壁如何減少爐墻的熱損失？9.2 9.2 間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱2022-3-57第9章 冶金中的綜合傳熱例題例題9-19-1、 爐壁由三層組成，粘土磚（1=0.23m,1=1.2W/(m. );石棉粘土磚（2=0.03m,1=0.1W/(m. )；紅磚（1=0.24m,1=0.5

4、W/(m. )。爐墻內(nèi)煙氣側(cè)換熱系數(shù)40 W/(m2. )、煙氣溫度1200 ；爐墻外空氣側(cè)換熱系數(shù)15 W/(m2. )、空氣溫度20 ；試求通過(guò)該爐墻的熱損失及爐墻內(nèi)的溫度分布。9.2 9.2 間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過(guò)爐墻）的綜合傳熱2111hhTTqag解：如何求tw1、tw2、tw3?2022-3-58第9章 冶金中的綜合傳熱火焰爐的熱交換機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，高溫爐氣、爐壁、被加熱的金屬三者之間相互進(jìn)行輻射熱交換，同時(shí)爐氣還以對(duì)流給熱的方式向爐壁、金屬傳熱。假設(shè)：1）爐膛是一個(gè)封閉體系；2）高溫爐氣、爐壁、被加熱的金屬的溫度均勻；3）輻射射線密度均勻，爐氣對(duì)射線的吸收在任

5、何方向一致；4）爐壁、金屬黑度不變，爐氣黑度等于吸收率；5）金屬布滿爐底，其表面非“自見(jiàn)”；6）爐壁內(nèi)表面不吸收輻射熱，即投射到該表面的輻射全部返回爐膛（通過(guò)爐壁傳導(dǎo)的對(duì)外熱損失近似認(rèn)為由對(duì)流傳給爐壁表面的熱量來(lái)補(bǔ)給）。9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-59第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-510第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-511第9章 冶金中的綜合傳熱)1)(1 ()1 (gwgmwgwJJAEJ爐壁對(duì)金屬的角度系數(shù)wmAAl爐壁的有效輻射（投

6、射到爐壁上的熱量）：爐氣的輻射+金屬的有效輻射+爐壁的有效輻射投射到自身。即 l金屬表面的有效輻射：金屬本身輻射+金屬對(duì)爐氣輻射的反射+爐壁有效輻射的反射)1 ()1 ()1 ()1 (1)1 ()1)(1 ()1 (mgmggggmmgmmgmmgwmmgmmmAEAEJJAEAEJ則有9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-512第9章 冶金中的綜合傳熱mmggwmmmgmgmgggmgmmmmgwwmmggATTCQATTQAEAJAEQ)100()100()100()100()1 ()1 ()1 (1 67. 5)1 (4444其中系數(shù)Cgwm為爐氣爐壁對(duì)金屬

7、的導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù)。l金屬吸收的凈輻射換熱量：Q=金屬吸收輻射-金屬自身輻射。（金屬吸收輻射包括爐氣對(duì)金屬輻射而被金屬吸收的部分和爐墻的有效輻射透過(guò)爐氣后到達(dá)金屬表面而被金屬所吸收的部分）9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-513第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱例題例題9-29-2、 已知室狀爐爐膛尺寸2.01.31.2m，爐底上緊排放20根鋼坯加熱，沒(méi)有空隙，鋼坯尺寸90901000m，已知鋼坯黑度0.85，溫度792 ；爐墻爐頂面積13.1m2;火焰溫度1374 ，黑度0.55。試求金屬得到的輻射熱量。)/(53. 4,

8、137. 042KmWCAAgwmWmwm則WATTCQmmggwm5441095. 4)100()100(解：2022-3-514第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-515第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-516第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-517第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022-3-518第9章 冶金中的綜合傳熱9.3 9.3 火焰爐爐膛綜合傳熱火焰爐爐膛綜合傳熱2022

9、-3-519第9章 冶金中的綜合傳熱常用的余熱利用設(shè)備常用的余熱利用設(shè)備換熱器蓄熱室余熱鍋爐目的目的節(jié)約燃料提高燃燒溫度9.4 9.4 換熱器（間壁式換熱器）換熱器（間壁式換熱器）2022-3-520第9章 冶金中的綜合傳熱分類分類結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 間壁材料間壁材料 流動(dòng)方式流動(dòng)方式 列管式、套管式、針狀管式、輻射式等金屬、陶瓷順流、逆流叉流 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)方式換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)方式(a)-順流；順流；(b)-逆流；逆流；(c)-叉流；叉流；(d)-折流；折流；(e)-順叉流；順叉流；(f)-逆叉流逆叉流9.4.1 9.4.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器簡(jiǎn)介2022-3-521第9章 冶金中的綜合傳

10、熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2022-3-522第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器簡(jiǎn)介2022-3-523第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器簡(jiǎn)介2022-3-524第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器簡(jiǎn)介2022-3-525第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器簡(jiǎn)介2022-3-526第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器簡(jiǎn)介氣氣換熱氣汽換熱氣水換熱2022-3-527第9章 冶金中的綜合傳熱=KtmA W設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算： 根

11、據(jù)生產(chǎn)所需的換熱條件及要求（流體的出口溫度或換熱量），確定換熱器的型式、換熱面積A及結(jié)構(gòu)參數(shù)； 校核計(jì)算校核計(jì)算： 根據(jù)已有換熱器（型式、A已知）校核它是否滿足預(yù)定要求，即求出流體的出口溫度或換熱量。9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-528第9章 冶金中的綜合傳熱1、平均溫差、平均溫差tm推導(dǎo)依據(jù)： 熱平衡方程 熱流體失去的熱量=冷流體得到的熱量 推導(dǎo)方法： 元體分析法 推導(dǎo)結(jié)果： ttlntttm 對(duì)數(shù)平均溫差 9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-529第9章 冶金中的綜合傳熱順流 )tt ()tt (ln)tt ()tt (t2

12、1212121m 逆流 )()(ln)()(21212121tttttttttm ttlnttttm 叉流 9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-530第9章 冶金中的綜合傳熱t(yī)見(jiàn)圖。圖中的R及P是水當(dāng)量的比值及換熱器的加熱溫度效率。122211wwttttR 冷流體的加熱度熱流體的冷卻度2122ttttP 兩流體的進(jìn)口溫度冷流體的加熱度9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-531第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-532第9章 冶金中的綜合傳熱分析：分析：1）t越大，則tm也越大。2

13、）P值一定時(shí)，R值越小則t值越大。 3）R值一定時(shí)，P值越小則t值越大。4）當(dāng)R及P值一定時(shí)，流體的流程數(shù)越多則t越大。9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-533第9章 冶金中的綜合傳熱2、傳熱系數(shù)、傳熱系數(shù)K21h1h11KW/(m2)若K值沿?fù)Q熱器長(zhǎng)度方向變化較大，則AAKAAAAKAKAKKniiinnn1212211W/(m2)9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-534第9章 冶金中的綜合傳熱3、換熱器的效率及流體終溫、換熱器的效率及流體終溫?fù)Q熱器實(shí)際傳熱量 )()(222111ttwttw 換熱器最大可能傳熱量 )(21mi

14、nmaxttw換熱器的效率 =實(shí)際傳熱量最大可能傳熱量9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-535第9章 冶金中的綜合傳熱經(jīng)推導(dǎo)：=f (NTU， ，流動(dòng)方式) maxminww傳熱單元數(shù) NTU= 查圖 minwAK核算換熱器：核算換熱器： 可由已知值A(chǔ)、K、wmin、wmax等，算出NTU、 的大小，再由圖查出值，進(jìn)而求出流體的出口溫度。maxminww設(shè)計(jì)換熱器：設(shè)計(jì)換熱器：可由已知流體的進(jìn)、出口溫度，算出，由圖查出NTU值，進(jìn)而求得所需換熱面積。-NTU法。9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計(jì)算換熱器熱工計(jì)算2022-3-536第9章 冶金中的綜合傳熱假設(shè)：

15、假設(shè)：（1）爐料與爐氣沿整個(gè)容器橫截面均勻流動(dòng)。（2）爐料與爐氣的水當(dāng)量保持不變。 （3）料塊尺寸在熱交換過(guò)程中不發(fā)生變化。（4）料層內(nèi)換熱系數(shù)為常數(shù)。9.5 9.5 固定料層內(nèi)熱交換固定料層內(nèi)熱交換* *2022-3-537第9章 冶金中的綜合傳熱9.5 9.5 固定料層內(nèi)熱交換固定料層內(nèi)熱交換* *2022-3-538第9章 冶金中的綜合傳熱料塊內(nèi)部熱阻很?。˙i0.25）時(shí)的熱交換dtghhdhHostst gt gtdtst在d時(shí)間內(nèi)，單位體積料層內(nèi)氣體傳給料塊的熱量為 dQ=hA(tgts)Avd 以爐氣入口處為起點(diǎn)， ggwQtddsswQtdd9.5 9.5 固定料層內(nèi)熱交換固定

16、料層內(nèi)熱交換* *2022-3-539第9章 冶金中的綜合傳熱0E)(sgggtttt 0E)( sgsstttt)wAh,ww( f2svAgs0E1）wgws 且料層足夠高，換熱時(shí)間足夠長(zhǎng) sgtt 2）wgws 且料層足夠高，換熱時(shí)間足夠長(zhǎng)gstt 每單位體積料層的熱交換量0sggggg)tt (w)tt (wQE kJ/m3 0sgssss)tt (w)tt (wQE kJ/m3 )wAh,ww( f2gvAsg0E9.5 9.5 固定料層內(nèi)熱交換固定料層內(nèi)熱交換* *2022-3-540第9章 冶金中的綜合傳熱爐氣與料塊間的換熱系數(shù) 體積換熱系數(shù) MdTvh.gv7503090FAW

17、/(m3K)表面換熱系數(shù) hAhvAv W/(m2K) 對(duì)直徑為d的球體料塊 dAv)1(6m2/m39.5 9.5 固定料層內(nèi)熱交換固定料層內(nèi)熱交換* *2022-3-541第9章 冶金中的綜合傳熱考慮料塊內(nèi)部熱阻時(shí)的熱交換 氣體與料塊之間的外部熱阻及料塊內(nèi)部熱阻rkh1RArkh11KAW/(m2)rhrAkAhAKKVVVAVV911112球形料塊 W/(m3)9.5 9.5 固定料層內(nèi)熱交換固定料層內(nèi)熱交換* *2022-3-542第9章 冶金中的綜合傳熱9.6 9.6 凝固傳熱凝固傳熱* *2022-3-543第9章 冶金中的綜合傳熱連鑄凝固傳熱的分析解法 假設(shè)： （1）略去凝固層中

18、y方向的導(dǎo)熱（2）不考慮液相中的傳熱 凝固層一維導(dǎo)熱微分方程 22xtaytvs邊界條件： y=0 s=0y=0 x=0 t= ts y0 x=0 )(00tthxtixs9.6 9.6 凝固傳熱凝固傳熱* *2022-3-544第9章 冶金中的綜合傳熱y0 x=s t= tsy0 x=s ysvHxtssxsddH等效凝固潛熱， )(sllttcHH希爾斯利用近似積分方法求得了近似解。利用圖可確定：1）凝固層厚度 2）鑄坯表面溫度 3）冷卻水帶走熱量的速率9.6 9.6 凝固傳熱凝固傳熱* *2022-3-545第9章 冶金中的綜合傳熱連鑄凝固傳熱的差分解法一維導(dǎo)熱方程 22xtats考慮凝固潛熱和溫度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響 222xtbxttcffeffes9.6 9.6 凝固傳熱凝固傳熱* *2022-3-546第9章 冶金中的綜合傳熱邊界傳熱條件 結(jié)晶器內(nèi) BAq1 W/m2 二冷區(qū)噴水冷卻 )(2wstthq W/m2 自然冷卻區(qū) )100()100(4043TTcqsb W/m2 溫度對(duì)時(shí)間取前差分，溫度對(duì)空間取中心差分，則)(2)(4)2(211121111kikikikiffekikikikikittttbtttFott9.6 9.6 凝固傳熱凝固傳熱* *2022-3-547第9章 冶金中的綜合傳熱邊界節(jié)點(diǎn)的差分方程，按邊界上半層近似熱平衡式導(dǎo)出，即)(211ffe