热处理炉课程第一章传热基本原理课件

热处理炉课程 教材 民兵爆破地雷教材pdf初中剪纸校本课程教材衍纸校本课程教材排球校本教材中国舞蹈家协会第四版四级教材 ：吉泽生《热处理炉》电子 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 2018-6-241教材：《热处理炉》吉泽升编著，哈尔滨 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 大学出版社，06年8月版参考书：1.《热处理炉》曾祥模主编，西北工业大学出版社，1989年8月2.《热处理车间设备及设计》臧尔寿主编，冶金工业出版社，1995年3.《热处理车间设备及设计》山东人民出版社，1977年10月4.《热处理手册》第2版，第3卷，机械工业出版社，1992年10月2018-6-242第一章传热基本原理●讲授内容：第一章的基本概念、传导传热和对流换热●讲授要达到的目的及要求：1.理解或掌握：基本概念清楚，了解传热的基本概念，熟悉有关传导传热的基本形式、基本定律和影响因素等；掌握传导传热、对流传热、辐射传热和综合传热的计算方法。2018-6-2432.记忆：传导传热，热流，热流密度，热导率，热阻，黑体，黑度，灰度3.论述或应用●重点和难点：传导传热的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达公式及应用2018-6-244§1-1基本概念传导传热对流传热辐射传热一、传热三种基本的方式1.传导传热定义：温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间热能的传递过程，称为传导传热。特点：①微观上，物体的微观粒子不发生宏观的相对移动，只是其热振动和碰撞中发生能量传递；②宏观上表现为热量从物体的高温部分传导低温部分。温度较高的物体，当其与温度较低的物体或质点相接触时，依靠物体中微观粒子的热振动，将其本身的部分能量传给后者，这种定向的、有秩序地发生的热量转移过程称为“传导传热”或简称“导热”。2.对流传热定义：流体在流动时，流体质点发生位移和相互混合而发生的热量传递，称为对流传热。特点：对流传热过程中，既有流体质点的导热作用，又有流体质点位移产生的对流作用。依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递3.辐射传热—任何物体在高于热力学零度时，都会不停地向外发射粒子（光子），该现象称为辐射。定义：特点：①辐射传热不需要任何介质②辐射传热伴随着能量的转化热能→辐射能→热能③辐射体之间能同时向对方辐射能量和吸收对方投射来的辐射能量④“对等性”物体间通过辐射能进行的热能传递过程，称为辐射传热　1.从中心向各个方向沿着直线伸展出去。　2.指热辐射、光线、无线电波等电磁波的传播也叫辐射。辐射有一个重要的特点，就是它是“对等的”。不论物体(气体)温度高低都向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同时乙也可向甲辐射。这一点不同于传导，传导是单向进行的。遭遇到大量辐射的人都应用肥皂和大量清水彻底冲洗整个身体,并立即寻求医生或专家的帮助!2018-6-249二、关于温度场、温度梯度1、温度场：它是描述物体种温度分布情况，是空间坐标和时间坐标的函数：稳定传热（保温期）不稳定传热（升温或降温）2018-6-24102、温度梯度：温度沿等温面法线方向的变化率∆t—物体相邻两等温面间的温度差∆n—两等温面法线方向的距离（℃/m)2018-6-24111.热流定义：单位时间内由高温物体传给低温物体的热量叫热流或热流量，用Q表示，单位为W（W=J/S）三、关于热流和热流密度表达式为2018-6-24121.热流密度定义：单位时间内通过单位面积的热量叫热流密度。用q表示，单位为W/M2）表达式为2018-6-2413§1-2传导传热F—与热流方向垂直的传热面积（m2）λ—比例系数，称为热导率，[W/（m·℃）]—温度梯度，（℃/m）一.传导传热表达式2018-6-2414二.热导率（λ）物理意义在单位时间内，每米长温度降低1℃时，单位面积能传递的热流量，单位为加（W/m·℃）。热导率反映了物体导热能力的大小。注意：λ是实验数据，与材料的种类、物质结构、杂质含量、密度、气孔、温度和湿度等因素有关，而与几何形状无关。2018-6-2415材料的热导率与温度关系：式中：、—分别为0℃和t℃时材料的热导率；b—材料的温度系数，随材料而异特别提示炉墙2018-6-24161.查表法：如教材P179附表3可查到部分材料的热导率如：粘土砖（NZ-40)的热导率λt=0.698+0.64×10-3t●求λt方法：2018-6-24172.算术平均法取炉墙两表面对应温度下的热导率的算术平均值λm2018-6-2418物态与热导率关系固体＞液体＞气体液体气体银的热导率为420W/（m·℃）铜的热导率为391W/（m·℃）铁的热导率为73W/（m·℃）纯金属的温度↗而↘高合金钢的温度↗而↗碳钢和低合金钢的温度↗而↘热导率为0.07～0.7W／（m·℃）热导率为0.006～0.6W／（m·℃）固体2018-6-2419●固体非金属材料的热导率低于金属材料的热导率耐火材料和保温材料的热导率范围：3.0～0.025W/（m·℃）之间★工程上常把λ值小于0.25W／（m·℃）的材料称为保温材料（又称绝热材料或隔热材料）空气的热导率很小（0.024W／（m·℃）2018-6-24202.相同物质保温材料属多孔性材料，正是由于其小孔内存有空气阻碍热量的传导，从而使其具有较小的热导率。保温材料质轻？对大多数非金属材料来说：1.当温度t↗则：λ↗当体积密度ρ↗则λ↗，ρ↘则λ↘2018-6-2421三、平壁炉墙上的导热1.关于单层平壁炉墙的热流密度、热流量 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 （若平壁面积是厚度的8～10倍时，可忽略端面导热的影响，误差不大于1％。）因而平壁温度只沿垂直于壁面x轴方向变化，所以它是单向稳定态导热问题。单层平壁炉墙，壁厚为S，炉墙稳态传热，表面温度为t1、t2（t1＞t2）2018-6-2422平壁炉墙上的导热计算公式2018-6-2423  F的取值：为单位面积的平壁热阻是面积为F的平壁热阻2018-6-2424图1-2多层平壁炉墙导热2.关于多层平壁炉墙导热的计算公式图1-2为3层不同材料与厚度平壁炉墙第一层第二层第三层总流密度0xt2018-6-24253.复合多层炉墙的热流量计算公式求通过炉墙的热流Q及界面温度t2图1-4复合多层平壁炉墙导热Q2018-6-2426四、圆筒炉墙的导热1、单层圆桶炉墙的稳定导热t图1-5单层圆筒壁炉墙导热2018-6-24272018-6-2428是圆筒炉墙对数平均面积分别是圆筒炉墙内、外表面积可用算术平均面积代替对数平均面积单层圆桶炉墙的稳定导热热流计算公式2018-6-2429例题1：有一厚度为345mm粘土砖炉侧墙，其内表面温度为1000℃，其外表面温度为100℃，求该炉墙的散热量。答：炉侧墙散热量为2684.7W/m2炉墙平均温度查教材P179附表3，得粘土砖的平均热导率λ=0.698+0.64×10-3t，把tp=550℃代入t得：λ=0.698+0.00064×550=1.056[w/(m℃)]解：散热量散热量计算公式：已知t1=1000℃,t2=100℃,S=0.345m2018-6-2430例题2：有一箱式电阻炉为双层平壁炉墙(侧墙)，内层由QN－1.0的轻质砖砌成，外层由A级硅藻土砖，内外层厚分别为115㎜和230㎜，已知炉内表面温度为920℃，外表温度为50℃，试计算稳定态时炉墙的散热损失热流密度、界面温度。解：由公式可知，两层平壁炉墙的传导热流密度q为：0.1150.2300xt双层平壁炉墙导热t22018-6-2431式中：为了计算λ值，假设界面温度t2=720℃,则轻质粘土砖平均热导率为:2018-6-2432同理，A级硅藻土砖平均热导率为2018-6-2433验算中间温度误差太大，需要重新假设中间温度这时再设t2=810℃2018-6-24342018-6-2435再验算中间温度答：热损失，界面温度807℃在允许误差范围内，合格2018-6-2436第二讲●讲授内容：第一章的：1.对流传热2.辐射传热3.综合传热●讲授要达到的目的及要求：1.理解或掌握：基本概念清楚，了解对流传热、辐射传热、综合传热的基本概念，熟悉其基本形式、基本定律和影响因素等；掌握对流传热、辐射传热、综合传热的的计算方法。2.论述或应用●重点难点：1.对流传热，辐射传热，综合传热的表达公式及应用2018-6-24371-3对流传热一、对流换热计算公式对流换热量预留体和固体表面的温度差及其及接触面积成正比式中：Q一单位时间内对流换热量，即热流量(w)；q一单位时间内，在单位传热面积上的对流换热量(w/m2)t1-t2一流体与固体表面的温度差(℃)；F一流体与固体的接触面积(m2)；a一对流换热系数[w／(m2·℃)]，它表示流体与固体表面之间的温度差为1℃时,每秒钟通过1m2面积所传递的热量。2018-6-2438二、影响对流换热的因素1.流体流动的动力影响2.流体的流动状态影响3.流体的物理性质影响4.固体表面性状、大小和位置影响对流换热的作用对象:●影响对流换热的因素很多，如流体流动的动力，流体的流动状态，流体的物理性质，流体与固体接触表面的几何形状、大小、放置位置，粗糙程度以及固体表面与流体的温度等。2018-6-2439●关于层流与紊流流体运动时，质点沿主流方向不存在横向速度，其流动层次分明，能维持“各行其道”的流线状态，这种流动称为层流。如果流体质点运动时，存在着垂直于主流方向的横向速度分量，引起流层间质点的相互掺混，这种流动称为紊流或湍流。当实验方向按阀门A从最大开度向关闭方向进行时，则以上现象按反方向出现。2018-6-2440三、对流换热系数的确定A为系数1.自然对流时的对流换热系a层流区过度区紊流区2018-6-24412.强制对流时的对流换热系a气流速度表面状态光滑表面轧制表面粗糙表面2018-6-2442§1-4辐射换热●概念1.物体的辐射定义由热辐射而发生的热量传递称为辐射换热任何物体在高于热力学零度时，都会不停地向外发射粒子（光子），该现象称为辐射。辐射波长0→∞整个波长范围，都以光速在空间传播。2018-6-2443X-ray、紫外线0.014~0.38um可见光0.38~0.76um红外线0.76~103um无线电波＞103um波长不同波长的电磁波投到物体上产生不同效应，波长为0.1~100um的电磁波（称为热射线）被物体吸收后显著变为热能加热物体。在金属热处理加热温度范围内主要集中在0.76~16um波段范围。2018-6-2444辐射能的吸收、反射和透过模型热射线Q2018-6-2445●物体1的面积直接辐射到物体2的面积上的辐射能，的总辐射能，则：二、两物体间的辐射热交换的角度系数●物体2的面积直接辐射到物体1的面积上的辐射能，的总辐射能，则：对的角度系数对的角度系数●由两个表面组成的3种封闭体系的（1）两个相距很近的平行大平面（2）两个很大的同轴圆柱表面（如长轴在井式炉内加热）（3）一个面积如一个曲面（如平板在马弗炉内加热）表明F1能全部吸收F2辐射来的辐射能，由于最多只能100%接受，故对＞1的都取12018-6-2447表明F1能全部吸收F2辐射来的辐射能，由于最多只能100%接受，故对＞1的都取12018-6-2448三．关于两个大平面间的辐射换热如图所示：T1＞T2,F2面获取的辐射热流量等于Q12=Q1-Q2●当F1、F2为黑体时，由（1-34）式的计算式如果F1=F2则：(单位W)●当F1、F2为灰体且面积相等时，则：(单位W)(1-41)其中C导为导来的辐射系数：(1-42)—是灰体的辐射系数把，代入（1-42）则：2018-6-2451●封闭系统内任意面之间辐射换热计算公式（考虑了两个面的角度系数）(单位W)(1-44)其中:—是灰体的辐射系数2018-6-2452如果辐射面大又平行，则：—是黑体的辐射系数，值为5.6752018-6-2453●直观地表示封闭体系内两个面之间的辐射热交换的一般计算式形式：（1）若面为放热面，面为受热面，则面所到的热流量为：（2）若面为放热面，面为受热面，则面所到的热流量为：(单位W)2018-6-2454例题2.马弗炉内表面积F1=1m2，其温度t1=900℃，炉底间隔放有两根方钢，尺寸为50×50×1000mm，马弗炉与方钢的黑度同为0.8。求方钢温度为t2=500℃时，马弗炉对方钢的辐射换热热流量。解：如果略去端头面积后，每根方钢3面受热，两根方钢总受热面积：F2=6×0.05×1.0=0.3m2，方钢对马弗的角度系数φ21=1，马弗对方钢的角度系数φ12=F2/F1=0.3，ε1=ε2=0.82018-6-2455其中：2018-6-2456答：马弗炉对方钢的辐射换热热流量为19.72KW。同学们思考按右图摆放2018-6-2457四.关于通过孔口的辐射换热热处理炉门常保留窥视孔，会往外溢热（辐射换热）1.薄墙的辐射换热计算式薄的炉墙的厚度S与孔口尺寸H比较小，可视为黑体间的辐射热交换，直接引用（1-40）公式，计算辐射热交换Q：F为孔口的面积2018-6-24582.厚墙的辐射换热计算式炉墙厚开孔又小，热量从孔口向外辐射，将有折射，就有角度系数，此时的辐射要考虑孔的遮蔽系数，计算公式：值可查图1-14。上式可用于计算炉门开启的换热辐射。2018-6-2459例1-3．已知炉门开启尺寸为高H=250mm,炉门宽B=500mm,炉口厚S=250mm,炉温为100℃，求经过炉口的辐射热交换。（炉外温度为20℃）解：，开启的炉门口为250×500的1:2矩形，查图1-14的2曲线，炉门的遮蔽系数Φ=0.6，C0=5.675(W/m2K4)由（1-52）式为：答：经过炉口的辐射热损失为11.6kw。2018-6-2460§1-5综合传热实际热处理加热过程是两种或三种传热方式同时发生，实际上是综合作用的结果。一、对流+辐射同时作用的传热总热流量：（W）（1-57）2018-6-2461（W）（1-57）综合传热系数2018-6-2462其中：t1—炉膛温度℃,t2—工件温度℃,a对—对流换热系数w/m2℃，a辐—辐射换热系数w/m2℃●aΣ的取值和讨论（aΣ-综合传热系数或总换热系数，它表示炉子的传热能力）2018-6-2463中、高温电阻炉和真空电阻炉，炉膛传热以辐射为主，对流传热可忽略，即：a对=0aΣ=a辐②低温空气循环电阻炉及盐浴炉，以对流换热为主，其它可忽略，即：a辐=0aΣ=a对③装有风扇的中温电阻炉、燃料炉，对流和辐射都不可忽略，即：aΣ=a对+a辐④aΣ可在教材P178附表2中查出2018-6-2464二、炉墙的综合传热（P23）热处理炉内向车间散热，传递过程：车间炉膛内传热炉墙内表面炉墙外表面辐射+对流传导辐射2018-6-2465右图为例导出热处理炉墙的综合传热公式：①炉墙各界面温度分别为t1,t2,t3,车间温度t0②各层厚度分别为s1、s2③各层材料的平均热导率分别为：λ1、λ2④各层炉衬的平均传热面积分别为,F1、F2、F3，在稳态传热时，各层炉衬传导热量相等，等于散发到车间的热量Q。2018-6-2466在稳态传热时，各层炉衬传导热量相等，等于散发到车间的热量Q。根据P6(1-9)式(W)第一层：第二层：(W)向车间传热：2018-6-2467其中：　　炉墙传热时的总热阻等于各层炉墙热阻＋炉墙外空间的热阻之和求界面温度，则：均为热阻或2018-6-2468讨论减小热量损失方法↗，使Q↘；③减小散热面积F↘，则↗，使Q↘；②选用小热导率材料，λ↘，则　　　↗，使Q↘；①增加炉墙厚度，S↗，则要想减小热量损失，实质是增大热阻和减少散热面积2018-6-2469④选用密度ρ小的、比热容C小的耐火保温材料，使炉衬蓄热小；（炉衬散热系数　　　，C减小，ρ减小，λ减小，则b减小）⑤改变炉墙结构a：双层炉壳(美Lindbery公司)，一层封闭空气层，无自然对流；b：空心砖，目的增大热阻。2018-6-2470例1-3.有一箱式电阻炉为双层平壁炉墙(侧墙)，内层由QN－1.0的轻质砖砌成，外层由蛭石粉填充，内外层厚分别为115㎜和230㎜，已知炉内表面温度为920℃，车间温度为20℃，试计算稳定态时炉墙的散热损失热流密度、界面温度和外表温度。解：依题意作示意图，为了计算炉衬材料的热导率，先假设界面温度和炉墙外表面温度。2018-6-2471①查P179附表3知：QN－1.0轻质砖的和蛭石粉的为：2018-6-2472②综合传导系数　：查表P178附表2，设侧墙为钢板，当t3=120℃时，　　w/(㎡·℃)由P24(1-63)式，对于两层炉衬的热流密度q　w/㎡计算界面温度℃2018-6-2473界面温度的设定值与计算值的误差：>5％。计算炉墙外表面温度：℃炉墙外表面温度的设定值与计算值的误差率：>5%t2、t3的计算值与设定值的差值均超过5％，说明t2、t3，的设定值不合适，应将计算值（第一次近似值）代入，进行第二次运算(重复上述过程)，重新计算2018-6-2474进行次数qt1t2前后两次差值t3t4前后两次差值1622.766782.5647.9％59.51450.4％2571.675791.6801.2％67.12412.8％3578.601790.4250.16％65.7742％再算出q、t2、t3的第二次近似值，直到<5％，精度值为止。一般可能要进行三次运算，才能得到满意结果。计算结果如下表：思考题：P241、2、3、5、62018-6-2475