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1、对流与辐射的综合传热 间壁（炉气通过炉墙）的综合传热 火焰炉内的综合传热 换热器（间壁式换热器） 固定料层内热交换* 凝固传热*,主 要 内 容,第9章 冶金中的综合传热,*,1,第9章 冶金中的综合传热,总换热系数，,9.1 对流与辐射的综合传热,*,2,第9章 冶金中的综合传热,综合传热（对流、辐射、导热同时存在）换热量如何计算？,9.1 对流与辐射的综合传热,*,3,第9章 冶金中的综合传热,9.2 间壁（炉气通过炉墙）的综合传热,*,4,第9章 冶金中的综合传热,炉墙的综合传热过程分三个过程： 高温炉气以辐射和对流方式传给内壁,炉壁以传导方式由内壁传到外壁,9.2 间壁（炉气通过炉墙）
2、的综合传热,*,5,第9章 冶金中的综合传热,外壁以辐射和对流方式传给周围空气,对稳态 q1=q2=q3=q,9.2 间壁（炉气通过炉墙）的综合传热,*,6,第9章 冶金中的综合传热,对n层平壁,对n层圆筒壁,如何减少炉墙的热损失？,9.2 间壁（炉气通过炉墙）的综合传热,*,7,第9章 冶金中的综合传热,例题9-1、 炉壁由三层组成，粘土砖（1=0.23m,1=1.2W/(m. );石棉粘土砖（2=0.03m,1=0.1W/(m. )；红砖（1=0.24m,1=0.5W/(m. )。炉墙内烟气侧换热系数40 W/(m2. )、烟气温度1200 ；炉墙外空气侧换热系数15 W/(m2. )、空
3、气温度20 ；试求通过该炉墙的热损失及炉墙内的温度分布。,9.2 间壁（炉气通过炉墙）的综合传热,*,8,第9章 冶金中的综合传热,解：,如何求tw1、tw2、tw3?,火焰炉的热交换机理相当复杂，高温炉气、炉壁、被加热的金属三者之间相互进行辐射热交换，同时炉气还以对流给热的方式向炉壁、金属传热。 假设： 1）炉膛是一个封闭体系； 2）高温炉气、炉壁、被加热的金属的温度均匀； 3）辐射射线密度均匀，炉气对射线的吸收在任何方向一致； 4）炉壁、金属黑度不变，炉气黑度等于吸收率； 5）金属布满炉底，其表面非“自见”； 6）炉壁内表面不吸收辐射热，即投射到该表面的辐射全部返回炉膛（通过炉壁传导的对外
4、热损失近似认为由对流传给炉壁表面的热量来补给）。,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,9,第9章 冶金中的综合传热,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,10,第9章 冶金中的综合传热,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,11,第9章 冶金中的综合传热,炉壁的有效辐射（投射到炉壁上的热量）：炉气的辐射+金属的有效辐射+炉壁的有效辐射投射到自身。即,金属表面的有效辐射：金属本身辐射+金属对炉气辐射的反射+炉壁有效辐射的反射,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,12,第9章 冶金中的综合传热,其中系数Cgwm为炉气炉壁对金属的导来辐射系数。,金属吸收的净辐射换热量：Q=金属吸收辐射-金属自身辐射。（金属吸收辐射包括
5、炉气对金属辐射而被金属吸收的部分和炉墙的有效辐射透过炉气后到达金属表面而被金属所吸收的部分）,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,13,第9章 冶金中的综合传热,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,第9章 冶金中的综合传热,14,例题9-2、 已知室状炉炉膛尺寸2.01.31.2m，炉底上紧排放20根钢坯加热，没有空隙，钢坯尺寸90901000m，已知钢坯黑度0.85，温度792 ；炉墙炉顶面积13.1m2;火焰温度1374 ，黑度0.55。试求金属得到的辐射热量。,解：,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,15,第9章 冶金中的综合传热,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,16,第9章 冶金中的综合传热,9
6、.3 火焰炉炉膛综合传热,*,17,第9章 冶金中的综合传热,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,18,第9章 冶金中的综合传热,9.3 火焰炉炉膛综合传热,*,19,第9章 冶金中的综合传热,常用的余热利用设备,换热器,蓄热室,余热锅炉,目的,节约燃料,提高燃烧温度,9.4 换热器（间壁式换热器）,*,20,第9章 冶金中的综合传热,分类,结构特点,间壁材料,流动方式,列管式、套管式、针状管式、辐射式等,金属、陶瓷,顺流、逆流 叉流,换热器内流体的流动方式 (a)-顺流；(b)-逆流；(c)-叉流；(d)-折流；(e)-顺叉流；(f)-逆叉流,9.4.1 换热器简介,*,21,第9章 冶金中的综
7、合传热,9.4.1 换热器简介,结构,*,22,第9章 冶金中的综合传热,9.4.1 换热器简介,*,23,第9章 冶金中的综合传热,9.4.1 换热器简介,*,24,第9章 冶金中的综合传热,9.4.1 换热器简介,*,25,第9章 冶金中的综合传热,9.4.1 换热器简介,*,26,第9章 冶金中的综合传热,9.4.1 换热器简介,气气换热,气汽换热,气水换热,*,27,第9章 冶金中的综合传热,=KtmA W,设计计算：,根据生产所需的换热条件及要求（流体的出口温度或换热量），确定换热器的型式、换热面积A及结构参数；,校核计算：,根据已有换热器（型式、A已知）校核它是否满足预定要求，即求
8、出流体的出口温度或换热量。,9.4.2 换热器热工计算,*,28,第9章 冶金中的综合传热,1、平均温差tm,推导依据：,热平衡方程,热流体失去的热量=冷流体得到的热量,推导方法：,元体分析法,推导结果：,对数平均温差,9.4.2 换热器热工计算,*,29,第9章 冶金中的综合传热,顺流,逆流,叉流,9.4.2 换热器热工计算,*,30,第9章 冶金中的综合传热,t见图。图中的R及P是水当量的比值及换热器的加热温度效率。,9.4.2 换热器热工计算,*,31,第9章 冶金中的综合传热,9.4.2 换热器热工计算,*,32,第9章 冶金中的综合传热,分析：,1）t越大，则tm也越大。,2）P值一
9、定时，R值越小则t值越大。,3）R值一定时，P值越小则t值越大。,4）当R及P值一定时，流体的流程数越多则t越大。,9.4.2 换热器热工计算,*,33,第9章 冶金中的综合传热,2、传热系数K,W/(m2),若K值沿换热器长度方向变化较大，则,W/(m2),9.4.2 换热器热工计算,*,34,第9章 冶金中的综合传热,3、换热器的效率及流体终温,换热器实际传热量,换热器最大可能传热量,9.4.2 换热器热工计算,*,35,第9章 冶金中的综合传热,经推导：=f (NTU， ，流动方式),传热单元数 NTU= 查图,核算换热器：,设计换热器：,9.4.2 换热器热工计算,*,36,第9章 冶
10、金中的综合传热,假设：,（1）炉料与炉气沿整个容器横截面均匀流动。,（2）炉料与炉气的水当量保持不变。,（3）料块尺寸在热交换过程中不发生变化。,（4）料层内换热系数为常数。,9.5 固定料层内热交换*,*,37,第9章 冶金中的综合传热,9.5 固定料层内热交换*,*,38,第9章 冶金中的综合传热,料块内部热阻很小（Bi0.25）时的热交换,在d时间内，单位体积料层内气体传给料块的热量为,dQ=hA(tgts)Avd,以炉气入口处为起点，,9.5 固定料层内热交换*,*,39,第9章 冶金中的综合传热,1）wgws 且料层足够高，换热时间足够长,2）wgws 且料层足够高，换热时间足够长,
11、每单位体积料层的热交换量,kJ/m3,kJ/m3,9.5 固定料层内热交换*,*,40,第9章 冶金中的综合传热,炉气与料块间的换热系数,体积换热系数,W/(m3K),表面换热系数,hAhvAv,W/(m2K),对直径为d的球体料块,m2/m3,9.5 固定料层内热交换*,*,41,第9章 冶金中的综合传热,考虑料块内部热阻时的热交换,气体与料块之间的外部热阻及料块内部热阻,W/(m2),球形料块,W/(m3),9.5 固定料层内热交换*,*,42,第9章 冶金中的综合传热,9.6 凝固传热*,*,43,第9章 冶金中的综合传热,连铸凝固传热的分析解法,假设：,（1）略去凝固层中y方向的导热,
12、（2）不考虑液相中的传热,凝固层一维导热微分方程,边界条件：,y=0,s=0,y=0 x=0,t= ts,y0 x=0,9.6 凝固传热*,*,44,第9章 冶金中的综合传热,y0 x=s,t= ts,y0 x=s,H等效凝固潜热，,希尔斯利用近似积分方法求得了近似解。,利用图可确定：1）凝固层厚度 2）铸坯表面温度 3）冷却水带走热量的速率,9.6 凝固传热*,*,45,第9章 冶金中的综合传热,连铸凝固传热的差分解法,一维导热方程,考虑凝固潜热和温度对导热系数的影响,9.6 凝固传热*,*,46,第9章 冶金中的综合传热,边界传热条件,结晶器内,W/m2,二冷区喷水冷却,W/m2,自然冷却
13、区,W/m2,温度对时间取前差分，温度对空间取中心差分，则,9.6 凝固传热*,*,47,第9章 冶金中的综合传热,边界节点的差分方程，按边界上半层近似热平衡式导出，即,中心点,初始时刻,借助计算机求解上述方程即可得板坯连铸时的温度场,9.6 凝固传热*,*,48,第9章 冶金中的综合传热,主要内容：辐射和对流的综合传热，换热器原理及计算，固定料层的传热，凝固传热的特点，连续浇注时的凝固传热。,难点：固定料层的传热。,基本要求：掌握换热器计算，会换热器的设计及校核计算，掌握凝固传热的特点及连续浇注时的凝固传热计算，会用固定料层的传热量计算公式。,重点：换热器原理及计算。,本章小结,作业：,*,49,第9章 冶金中的综合传热,
