《传热基本原理》PPT课件

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1、第一章传热基本原理热处理炉的主要任务是加热金属工件，它不但要保证生产率及实现既定的工艺参数(加热温度、加热速度、温度的均匀性、炉膛气氛的成分等)，满足工件的技术要求，而且还应控制炉内的热交换过程，降低热损失，节省能源，降低加热成本。传热学是研究热的传播与交换的基本规律。在炉内进行着各种复杂的传热过程，因此掌握传热的基本规律，对炉子的设计及操作是很重要的。1本章重点研究热处理炉内的传热问题，为炉子设计、制造、操作及节能打好理论基础。§1-1基本概念传热或换热:热量从一物体传向另一物体或由同一物体的某一部分传向另一部分的过程。热处理炉内进行的热传递过程尽管比较复杂，但也是传导、对流、辐射三种基本

2、形式组成的综合传热过程。2一、传热的基本形式1、传导传热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。2、对流传热流体在流动时，流体质点发生位移和相互混合而发生的热量传递。33、辐射传热辐射：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)的现象。辐射传热：辐射不需任何介质。物体间通过辐射能进行的热能传递过程。4传热过程中伴随着能量的转化，即从热能到辐射能以及从辐射能又转化为热能。如果系统中有两个或两个以上温度不同的物体，它们都同时向对方辐射能量和吸收投射于其上的辐射能量。它们之间由于相互辐射而发生的热量传递过程，称为辐射传热或辐射换热。5二、温度场与温度梯度1、温度场温

3、度场是描述物体中温度的分布情况，它是空间坐标和时间坐标的函数，即：(1-1)式中：x,y,z—该点的空间坐标；τ—时间坐标。这个函数叫温度场函数。若物体的温度沿x、y、z三个方向都有变化，称三向温度场；若只在一个方向上有变化，则称单向温度场，即：(1-2)6如果物体各点温度不随时间变化称为稳定温度场。这时温度分布函数简化为：(1-3)如果物体各点的温度随时间的变化而变化，此时的温度场称不稳定态温度场，这种传热过程叫不稳定态传热。如升温状态下炉壁的传热。72、温度梯度等温面：在温度场内，同一时刻具有相同温度各点连接成的面。温度梯度：物体(或体系内)相邻两等温面间的温度差Δt与两等温面法线方向的

4、距离Δn的比例极限。用下式来表示：（℃/m）(1-4)温度梯度是表示温度变化的一个向量，其数值等于在和等温面相垂直的单位距离上温度变化值，并规定由低到高为正，由高到低为负。8三、热流和热流密度热流：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，即J/s。热流密度：单位时间内通过单位传热面积的热流，称为热流密度，用q表示，单位为W/m2，即（W/m2）(1-5)热流、热流密度都为向量，其方向与温度梯度方向相反。9§l-2传导传热一、传导传热的基本方程式导热基本方程式，即博立叶定律。（W/m2）(1-6)式中：Q—沿n方向的热流量(w)；q—热流密度(W／m2)；F—

5、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)，负号表示热流方向与温度梯度方向相反。10二、热导率为在单位时间内，每米长温度降低1℃时，单位面积能传递的热流量。用λ表示，单位为w／(m·℃)。材料的热导率与温度的变化呈线性关系，即(1—7)式中：λt——t℃时材料的热导率；λ0——0℃时材料的热导率；b——材料的热导率温度系数，因材料而异。11在实际计算中，为简化计算过程，一般取物体算术平均温度下的热导率代表物体热导率的平均值。式中t均—平均温度（℃），12三、平壁炉墙上的导热1、单层平壁炉墙的稳定导热设单层平壁炉墙(图1-1)，其壁厚为s，

6、材料的热导率λ不随温度变化，表面温度分别为t1和t2(t1＞t2)，并保持恒定。若平壁面积是厚度的8∼10倍时，可忽略端面导热的影响，误差小于1％。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。13为了求出通过这一平壁炉墙的热流密度，在平壁内取一厚度为dx的单元薄层，设其两侧的温度差为dt，根据傅立叶定律，通过这一单元薄层的热流密度分离变量后积分得故热流密度：（W/m2）(1-8)14若平壁炉墙的面积为F，而且内外表面积相等，则在1小时内通过F面积所传导的热流量（W）(1-9)在上两式中，s/λ为单位面积的平壁热阻，s/（λF）是面积为F的平壁热阻。由此可见，热流量与温度差

7、(t1-t2)成正比，与热阻s/（λF）成反比。15实际的平壁炉墙(如箱式炉炉墙)面积并非很大，而且其内外表面积也不相等，因而它的导热面是变化的。这时上式中的导热面积应该用平均面积代替，一般按如下方法近似计算。16当F2/F1≤2时，用算术平均面积，即(m2)(1-10)当F2/F1>2时，用几何平均面积，即(m2)(1-11)式中：F1、F2—分别为单层平壁炉墙的内、外表面积(m2)。172、多层平壁炉