热处理炉第二章3,4

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1、第二章炉子传热原理1§3.对流换热2一、对流换热的基本概念与机理：1.流动边界层（1）定义：流体流经固体表面时，由于流体的粘性作用，使紧贴固体表面的流体速度等于0。随着离开壁面的距离增加，其速度迅速增大。在离壁面δ处流速为流体主流速度的99%，这个距离δ称为边界层。3（2）雷诺数：Re=vdρ/μv:流速(m/s);d:管道水力学d=4F/s直径(M);ρ:流体密度(kg.m3)μ:流体粘度(N·s/m2)管道中：Re<2100层流；Re>2300紊流；2100

2、（1）定义：紧贴固体表面的流体温度等于固体表面温度，而在离固体表面某一δt处，流体温度接近于主流温度，则厚度为δt的流体层称为热边界层。（2）注：①在热边界层内温度梯度dt/dy有显著变化，而在热边界层之外为等温流动区，温度梯度为0。②热边界层厚度δt不一定等于流动边界层厚度，它们之间的相互关系主要取决于主流体性质。3.对流换热机理（1）对于层流边界层：热量只能靠流体的传导传热（2）对于紊流边界层:层流底层中：热量传递为导热。紊流区：导热及流体质点紊流混合。（3）对于主流区：取决于主流区流体的流动状态。5二、牛顿公式——对流换热计算公式对流换热的热量与流体和固体表面间的温差以及

3、两者的接触面积成正比：Q=a(t1-t2)F(w)==>q=a(t1-t2)(w/m2)式中a为对流换热系数，它表明当流体与壁面间的温差为1℃时，在单位时间内，通过单位面积的热量。a的大小，反映出对流换热过程的强弱程度。Q=(t1-t2)/（1/aF）==>Rt=1/aF6三、影响对流换热的因素1.流体流动发生的原因：（1）自然对流：V↓→δ↑→R↑→a↓。（2）强制对流：V↑→δ↓→R↓→a↑。2.流体的流动状态：（1）层流：靠传导，热流方向垂直于流体运动的方向。（2）紊流：传导+紊流混合，取决于层流底层传导，但层流底层薄，所以总的传热能力比层流大。相同条件下：流速高的紊流a

4、>流速低的层流a。（原因：①紊流中层流低层薄，R↓；②流速高紊流流体内相对位移大，对流换热激烈a↑。73.流体的物理性质：（1）流体的导热系数：λ↑(Rt↓)→a↑;（2）流体的比热c:c↑→a↑;（3）流体的密度ρ：ρ↑→a↑(流体的流量与流体的密度成正比，密度增加流体在单位时间内所携带的热量，从而加强流体与壁面之间的对流换热。)（4）流体的粘度：粘度大↑→δ↑→R↑→a↓。4.固体表面的形状、大小、位置8四.对流换热系数的确定——实验确定1.自然对流时的对流换热系数经验公式：a=A(t1-t2)1/4（w/m2·℃）炉壁自然对流换热系数与炉壁和空气间的温差t1-t2成正比；

5、A为系数，对炉墙竖壁为2.56，炉底外壁为1.63，炉顶外壁为3.26，单位：w/(m2·c1.25)。92.强制对流时的对流换热系数(1)气体沿平面流动时：10(2)气体沿长形工件流动时：a=kvt0.8(w/(m2·℃))vt--炉膛内循环空气的实际流速（m/s）K—取决于炉温的系数，由下表得出也有a=6.98+3.2vt0.8(w/(m2·℃))11（3）炉气在燃料炉中稳定流动时：a=zvt0.8/d0.2KlKH20(w/(m2·℃))式中：vt——炉膛内炉气的实际流速(m/s)；d——炉膛通道的水力学直径(m)；z——炉气温度的系数：kl——通道长度l与水力学直径d比

6、值的系数：KH20——炉气中水蒸汽含量的系数：12（4）气流在通道内层流流动时：a=5.99λ/d(w/m2)λ——炉气的导热系数(w/(m·℃))。d——通道的水力学直径。[例3]：设有一台空气循环电炉，循环空气温度为500℃，炉内加热轧制金属板，面积为1m2，求当循环空气的实际流速分别为5、10和20m/s，金属板温度为100℃时的对流换热量。13解：求v0,当vt1=5m/s时v01=vt·273/（273+500）=0.35vt=0.35×5=1.8m/s同理：vt2=10m/s；v02=3.5m/s；vt3=20m/s；v03=7.1m/s。设金属表面为轧制表面，代入

7、相应公式：a1=13.46w/(m2·℃);a2=20.69w/(m2·℃);a3=34.73w/(m2·℃)。∵q=a(500-100)=400a∴q1=5384w/m2;q2=8276w/m2;q3=13892w/m2。注：（1）不同资料介绍的a值会相差很大。（2）选用实验公式时，必须注意各公式应用范围和条件。14五.强化炉内对流换热的途径1.加大换热温差。(但不应超过工件终了温度20∽50℃之间。)2.提高流体速度：（1）低温热处理炉：常增设风机->提高a↑;加热速度↑;炉温均匀性↑。