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1、任何工业窑炉的传热均分为两类,有益传热现象：窑内加热物料； 有害传热现象：窑外热损失； 窑炉工作环境和长寿高效与经济技术密切关联,高风温热风炉: 内部: 高导热硅砖强化传热-有益传热, 外壁: 隔热-阻止热损失, 抑制有害传热,第四章 传 热,第一节 传导传热导热 第二节 对流换热 第三节 热辐射 第四节 综合传热,传热有三种方式，即传导、对流与辐射。 实际传热过程，几种方式同时并存综合传热。 在研究传热之前，首先建立温度场的概念,第四章 传 热,4.1 传热的基本概念 一、温度场：指某一瞬间物体(空间)各点温度分布的总和。 tf(x,y,z,) 温度是空间坐标和时间的函数。 稳定传热：如果温
2、度场不随时间改变，称为稳定温度场。 此时所进行的传热为稳定传热。 tf(x,y,z) 不稳定传热：如果温度场随时间改变，称为不稳定温度场。 此时所进行的传热为稳定传热。 tf(x,y,z,),温度场是传热的必要条件：物体（气-固-液）中存在温度差，热量总是从高温向低温流动。 温度场是空间与时间函数: t = f (x， y， z，) 如果温度场不随时间改变，则称为稳定传热，反之为不稳定传热。 例如: A) 窑炉中的窑墙、窑顶，虽然各点温度不同，但不随时间而改变，属稳定传热。 B) 在加热或冷却过程中，同一部位的温度都随时间改变，属不稳定传热。,第四章 传 热,4.1 传热的基本概念 二、 温度
3、梯度： 等温面之间温度差t与其法线方向距离n之比值的极限称为温度梯度,记为gradt.,导热: 物体各部分无相对位移或不同物体的直接接触，依靠物质的分子、原子、自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。 本课仅讨论导热现象的宏观规律。,传导传热导热,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 一、导热基本定律傅立叶定律 单位时间内传递的热流量 Q 每单位截面积所传递的热流量q (热流密度),第四章 传 热,4.2 传导传热导热 一、导热基本定律傅立叶定律 热流密度：单位时间,通过单位面积的热流量。 q每单位截面积所传递的热流量 (热流通量)。 热流密度是向量,它的正方向是朝向温度降落的一面,即和
4、温度梯度方向相反,所以在公式的右边为负号。,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 一、导热基本定律傅立叶定律 材料导热系数,也称为热导率 。 导热系数：当物体内温度降度为l/m,单位时间内通过单位面积的热流量,导热系数的大小标志着物质的导热能力。,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 一、导热基本定律傅立叶定律 气体的导热系数：0.0060.6w/(m ) 液体的导热系数：0.070.7 w/(m ) 金属的导热系数：2.2420 w/(m ) 耐火材料、建筑材料及隔热保温材料： 0.0254 w/(m ) 绝热材料：导热系数小于0.25w/(m )的材料。,第四章 传 热,4.2 传导传热导
5、热 一、导热基本定律傅立叶定律 材料的特点：内部具有较多的孔隙,热量通过材料实体和孔隙两部分进行传递。 实体固体的导热 孔隙辐射（及其中介质的导热和对流的复杂方式）。因此：各种材料的导热系数相差很大,同一种材料还受结构、湿度、温度等因素的影响。,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 一、导热基本定律傅立叶定律 大多数耐火材料和建筑材料的导热系数与温度都近似呈直线关系,且随温度升高而增大。 特殊：一些耐火材料(如镁砖、铬镁砖),其导热系数随温度升高而降低。 导热系数和温度的关系：,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 1通过单层平壁导热 q = (dt/dx） (1) 将上式分离变
6、量 dt= (q/)dx (2) 积分可得 t= (q/)x+C (3) 所得积分常数C可由边界条件确定 当x0，tt1，代入 式(3) 得 C=t1 (4) 当x=，tt2，代入 式(3) 得 t2=(q/)+t1 (5) 式(5)经整理后可得q为 q=/(t1-t2) (W/m2),第四章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 1通过单层平壁导热 通过F平方米面积所传导的热流量为： Q=qF=(/)(t1-t2)F (W) 平壁内距内表面x处温度：,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 例题1 有一红砖墙，其厚度为240mm，(它的长度和宽度远大于厚度，可视为“一维”导
7、热)墙的两表面温度分别为t1=140和t220。求通过此墙壁的热流密度q以及平壁内a、b、c各平面的温度ta、tb和tc，这些平面相距均为60mm，如图。,解： 不考虑红砖的随温度变化， 取= 0.50W/(m) q = ( t1 - t2 ) / = (140-20)0.50 / 0.24 = 250 W/m2 ta = t1 ( t1 - t2 ) / x =140-(140-20)/0.240.06=110 tb =140-(140-20)/0.240.12 =80 tc=140-(140-20)/0.240.18 =50 因此，当为常数时，单层平壁内温度按直线分布。,第四章 传 热,4
8、.2 传导传热导热 二、平壁导热 热阻 ：Rt/F 为传热过程的阻力 Rt ：传热总面积的热阻； Rt =/为单位面积的热阻(m2)/W。 当在传热路径上传热面积沿途不变时,可以采用单位面积热阻,但当传热面积沿途变化时,则以采用总面积的热阻较为方便。,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 2通过多层平壁导热 通过各层的热流量,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 移项可得 该平壁热流量计算公式 式中,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 2通过多层平壁导热 由n层不同材料组成的多层平壁 各层之间的温度 多层平壁第i层和第i+1层之间的温度可表示为,第四
9、章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 2通过多层平壁导热 例题2：某隧道窑烧成带的砌筑材料如下 砌筑材料 导热系数(w/m) 砌筑厚度(mm) 硅砖(内层) 1.8 460 轻质砖(=1.3) 0.79 230 轻质砖(=0.8) 0.47 460 粘土砖(外层) 0.81 113 窑墙内表面温度t1=1400，外表面温度t5=80 求通过该窑墙的热流密度q及各层温度分布。,解： 根据公式，计算单位面积的热阻： Rt1 =1/1 = 0.46/1.8 = 0.26 (m2) / W Rt2 = 0.23/0.79 = 0.29 (m2) / W Rt3 = 0.46/0.47 = 0
10、.98 (m2) / W Rt4 =0.113/0.81 = 0.14 (m2) / W q = (t1-t5) / Rt = (1400 80 ) / ( 0.26+ 0.29 + 0.98 + 0.14 ) = 790 W/m2,t2 = t1 - q Rt1 = 1400 790 0.26 = 1195 ； t3 = t1 q ( Rt1 + Rt2) = 1400 790 ( 0.26 + 0.29 ) = 966 ； t4 = t1- q ( Rt1 + Rt2 + Rt3 ) = 1400 790 ( 0.26 + 0.29 + 0.98 ) = 191 ,例题3： 窑墙砌筑材料及
11、厚度如下： 粘土砖(内层): 230mm, 硅藻土砖: 65mm (=500kg/m3), 红砖: 500mm。 窑墙内表温度t1=1000， 外表温度t4=50， 求:通过窑墙的热流密度q?,解：一般情况下，导热系数不给出. 采用平均温度方法算出，并满足(qmax qmin ) / qmin 4%，否则重新计算。 先假定t2 = 855，t3 = 670， 各层平均温度: t1-2 = ( 1000 + 855 ) / 2 = 927.5 t2-3 = 762.5, t3-4 = 360； 各种材料的导热系数根据附录查得： 1 = 0.698 + 0.6410-3t 1-2 = 1.2916
12、 W/(m)； 2 = 0.2791； 3 = 0.6486,各层热阻： Rt1 = 0.23 / 1.2916 = 0.1781 (m2)/W； Rt2 = 0.065/0.2791 = 0.2329 (m2)/W； Rt3 = 0.50 / 0.6486 = 0.7709 (m2)/W q1 = ( 1000 855 ) / 0.1781 = 814.15 W/m2 q2 = ( 855 670 ) / 0.2329 = 794.33 W/m2 q3 = ( 670 50 ) / 0.7709 = 804.25 W/m2,相对误差： (814.15794.33) / 794.33 100%
13、 = 2.5%4%，故认为假定合理 计算通过该墙壁的热流密度q： q = ( t1 - t4 ) / ( Rt1 + Rt2 + Rt3 ) = ( 1000 50 ) / ( 0.1781 + 0.2329 + 0.7709 ) = 804 W/m2,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 二、平壁导热 3复合平壁的导热 如果各种材料的导热系数相差不大,可近似认为热流沿垂直壁面的方向平行地通过壁内。 如果复合壁内材料的导热系数相差较大,则仍可用上述方法计算总热阻,然后在参考有关资料加以修正。,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 三、圆筒壁导热 1通过单层圆筒壁导热 圆筒壁导热特点:圆筒壁的导
14、热面积随半径的增大而加大,但通过整个圆筒壁的热流量Q不变, 热流密度q将随半径的增加而减小。 圆筒壁热流量计算公式,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 三、圆筒壁导热 1通过单层圆筒壁导热 鉴于圆筒壁导热的特点,在工程计算中,一般不以单位面积为基准,而是以单位轴向长度为基准来计算热流密度ql,即: 若采用圆筒壁的导热热阻形式则有 式中： Rt,l每米长度单层圆筒壁导热热阻,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 三、圆筒壁导热 2多层圆筒壁导热 多层圆筒留热流密度的计算公式,第四章 传 热,4.2 传导传热导热 三、圆筒壁导热 2多层圆筒壁导热 对于n层圆筒壁 第i层与第i+1层之间的温度关系
15、为,例题4 蒸汽管内径和外径分别为160mm和170mm，管外裹着两层隔热材料。第一层隔热材料的厚度2= 30mm，第二层厚度3= 50mm，管壁及两层隔热材料的导热系数为1=58W /(m) ，2= 0.17W/ (m), 3=0.09W/ (m)，,蒸汽管内表面温度t1=300，外表面温度t4=50，试求每米长度蒸汽管的热损失和各层之间温度。,解：r1=d1 / 2 = 0.08m； r2 = d2 / 2 = 0.085m； r3 = r2 + 2 = 0.115m； r4 = r3 +3 = 0.165m 各层热阻值 Rt1 = 1 /（ 21） ln（ r2 / r1） = 2 58
16、 -1 ln（ 0.085 / 0.08）0 Rt2 = 1 /（22） ln（ r3 / r2 ） = 20.17 -1 ln（ 0.115 / 0.085 ）= 0.28 Rt3 = 1 /（23） ln（ r4 / r3 ） = 2 0.09 -1 ln（ 0.165 / 0.115）= 0.64 q = （t1 - t4）/ R = ( 300 - 50 )/( 0 + 0.28 + 0.64 ) = 272 W/m 层间温度为： t2 = t1 q Rt1 = 300 - 272 0 = 300 t3 = t1 q ( Rt1 + Rt2 ) = 300 - 272 ( 0 + 0.28 ) = 224,
