1、l對流與輻射的綜合傳熱對流與輻射的綜合傳熱l間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱l火焰爐內的綜合傳熱火焰爐內的綜合傳熱l換熱器（間壁式換熱器）換熱器（間壁式換熱器）l固定料層內熱交換固定料層內熱交換*l凝固傳熱凝固傳熱*主主要要內內容容第第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QQQA)100T()100T(a11a1C44bwgggwgwgAtth對AtthAtthwgwg輻對Atthhwg輻對Atthwgrchhhhh輻對h 總換熱系數， 2/mW9.1 9.1 對流與輻射的綜合傳熱對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（對流、輻射、導熱同時存在）換熱量如何計算？9.1 9.1 對流與輻射的綜合傳熱對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（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過爐墻）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程分三個過程：p高溫爐氣以輻射和對流方式傳給內壁p爐壁以傳導方式由內壁傳到外壁 111WgTThq212WWTTq9.2 9.2 間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱2022-3-55第9章 冶金中的綜合傳熱aWTThq223p外壁以輻射和對流方式傳給周圍空氣

3、對穩態 q1=q2=q3=q2111hhTTqag9.2 9.2 間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱2022-3-56第9章 冶金中的綜合傳熱n1i2i1ffh1h1ttq21i22i1in1ii11fflhd1dd21hd1ttq21對n層平壁對n層圓筒壁如何減少爐墻的熱損失？9.2 9.2 間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過爐墻）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. )。爐墻內煙氣側換熱系數40 W/(m2. )、煙氣溫度1200 ；爐墻外空氣側換熱系數15 W/(m2. )、空氣溫度20 ；試求通過該爐墻的熱損失及爐墻內的溫度分布。9.2 9.2 間壁（爐氣通過爐墻）的綜合傳熱間壁（爐氣通過爐墻）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理相當復雜，高溫爐氣、爐壁、被加熱的金屬三者之間相互進行輻射熱交換，同時爐氣還以對流給熱的方式向爐壁、金屬傳熱。假設：1）爐膛是一個封閉體系；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”；6）爐壁內表面不吸收輻射熱，即投射到該表面的輻射全部返回爐膛（通過爐壁傳導的對外熱損失近似認為由對流傳給爐壁表面的熱量來補給）。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爐壁對金屬的角度系數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Cgwm為爐氣爐壁對金屬

7、的導來輻射系數。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金屬輻射而被金屬吸收的部分和爐墻的有效輻射透過爐氣后到達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備常用的余熱利用設備換熱器蓄熱室余熱鍋爐目的目的節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構特點結構特點 間壁材料間壁材料 流動方式流動方式 列管式、套管式、針狀管式、輻射式等金屬、陶瓷順流、逆流叉流 換熱器內流體的流動方式換熱器內流體的流動方式(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 換熱器簡介換熱器簡介2022-3-521第9章 冶金中的綜合傳

10、熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡介換熱器簡介結構結構2022-3-522第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡介換熱器簡介2022-3-523第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡介換熱器簡介2022-3-524第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡介換熱器簡介2022-3-525第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡介換熱器簡介2022-3-526第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.1 9.4.1 換熱器簡介換熱器簡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設計計算：設計計算： 根

11、據生產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及結構參數； 校核計算校核計算： 根據已有換熱器（型式、A已知）校核它是否滿足預定要求，即求出流體的出口溫度或換熱量。9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計算換熱器熱工計算2022-3-528第9章 冶金中的綜合傳熱1、平均溫差、平均溫差tm推導依據： 熱平衡方程 熱流體失去的熱量=冷流體得到的熱量 推導方法： 元體分析法 推導結果： ttlntttm 對數平均溫差 9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計算換熱器熱工計算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 換熱器熱工計算換熱器熱工計算2022-3-530第9章 冶金中的綜合傳熱t見圖。圖中的R及P是水當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 兩流體的進口溫度冷流體的加熱度9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計算換熱器熱工計算2022-3-531第9章 冶金中的綜合傳熱9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計算換熱器熱工計算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，R值越小則t值越大。 3）R值一定時，P值越小則t值越大。4）當R及P值一定時，流體的流程數越多則t越大。9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計算換熱器熱工計算2022-3-533第9章 冶金中的綜合傳熱2、傳熱系數、傳熱系數K21h1h11KW/(m2)若K值沿換熱器長度方向變化較大，則AAKAAAAKAKAKKniiinnn1212211W/(m2)9.4.2 9.4.2 換熱器熱工計算換熱器熱工計算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換熱器實際傳熱量 )()(222111ttwttw 換熱器最大可能傳熱量 )(21mi

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

15、假設：（1）爐料與爐氣沿整個容器橫截面均勻流動。（2）爐料與爐氣的水當量保持不變。 （3）料塊尺寸在熱交換過程中不發生變化。（4）料層內換熱系數為常數。9.5 9.5 固定料層內熱交換固定料層內熱交換* *2022-3-537第9章 冶金中的綜合傳熱9.5 9.5 固定料層內熱交換固定料層內熱交換* *2022-3-538第9章 冶金中的綜合傳熱料塊內部熱阻很小（Bi0.25）時的熱交換dtghhdhHostst gt gtdtst在d時間內，單位體積料層內氣體傳給料塊的熱量為 dQ=hA(tgts)Avd 以爐氣入口處為起點， ggwQtddsswQtdd9.5 9.5 固定料層內熱交換固定

16、料層內熱交換* *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，換熱時間足夠長 sgtt 2）wgws 且料層足夠高，換熱時間足夠長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 固定料層內熱交換固定料層內熱交換* *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 體積換熱系數 MdTvh.gv7503090FAW

17、/(m3K)表面換熱系數 hAhvAv W/(m2K) 對直徑為d的球體料塊 dAv)1(6m2/m39.5 9.5 固定料層內熱交換固定料層內熱交換* *2022-3-541第9章 冶金中的綜合傳熱考慮料塊內部熱阻時的熱交換 氣體與料塊之間的外部熱阻及料塊內部熱阻rkh1RArkh11KAW/(m2)rhrAkAhAKKVVVAVV911112球形料塊 W/(m3)9.5 9.5 固定料層內熱交換固定料層內熱交換* *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： （1）略去凝固層中

18、y方向的導熱（2）不考慮液相中的傳熱 凝固層一維導熱微分方程 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熱方程 22xtats考慮凝固潛熱和溫度對導熱系數的影響 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 結晶器內 BAq1 W/m2 二冷區噴水冷卻 )(2wstthq W/m2 自然冷卻區 )100()100(4043TTcqsb W/m2 溫度對時間取前差分，溫度對空間取中心差分，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點的差分方程，按邊界上半層近似熱平衡式導出，即)(211ffe