1、1,第二章 炉子传热原理,5. 综 合 传 热,2,一.对流和辐射同时存在时的传热,a辐辐射换热系数w/(m2) a综合传热系数。,3,注：,（1）中、高温电阻炉和真空电炉：a辐为主，a对可忽略不计； （2）低温空气循环电阻炉、盐浴炉：a对为主，a辐可忽略不计； （3）装有风扇的中温电阻炉、燃料炉：a综合。,4,二.炉墙的综合传热,炉内热量炉内侧炉外侧环境（一）平壁炉墙传热,5,（二）复合炉墙的传热（符合串并联定律）,6,（三）圆形壁炉墙,7,（四）减少热损炉墙采取措施（加大热阻）,1. 增加炉墙厚度R=/（F）；2.采用小、小、比热容C小的耐火保温材料。 R，b（蓄热系数）蓄热小。推荐：中温
2、电阻炉0.6g/cm3轻质砖、泡沫砖；高温炉：0.806g/cm3高铝砖砌耐火层。3. 改变炉墙结构：双层炉壳、空心砖炉墙结构；采用圆形炉膛，外表面积缩小14%左右。,8,Thank You for Attention,9,三.炉衬厚度计算,在设计三层炉墙时，耐火层和中间保温层的厚度S、S，一般根据炉膛温度以及炉子的大小按标准砖尺寸的整倍数选定，而炉墙内、外表面温度t和t4为已知，那么剩下的只需计算确定满足此规定T4温度时的外层保温层厚度S，以及未知的界面温度t和t3值。在稳定传热时，对各层炉衬可分别列出下述方程： q=(t1-t2)+0.5b(t+t) /S (a) q=(t2-t3)+0.
3、5b2(t2+t3)/S2 (b) q=(t3-t4)+0.5b3(t3+t4)/S3 (c),10,方括号部分为各层炉衬的平均热导率。由式 (a)可直接解出未知的界面温度t2的计算式 同理，由式(b)、可分别得t3和S3的计算式 S3=(t3-t4)+0.5b3(t3+t4) 计算的顺序应该是：先计算出t2,再计算t3,最后算出保温层的厚度S3。,11,例 设计某热处理中温炉的平壁炉墙（侧墙），已知炉膛温度为950，车间温度20，炉壳合理温度为60。耐火层用QN-0.6轻质粘火砖，厚度115mm。保温层为115mm的B级硅藻土砖，外层用矿渣棉，矿渣棉的体积密度0.2t/m3。试确定矿渣棉层的
4、厚度及其界面温度。,12,解 由炉衬材料的热导率算式 QN-0.6轻质砖 1=0.165+0.19410-3 t W/（m） B级硅藻土砖 2=0.131+ 0.23 10-3 t W/（m） 矿渣棉 3=0.07+ 0.16 10-3 t W/（m） 故 01=0.165 b1= 0.19410-3 ； 2=0.131 b2= 0.23 10-3 3=0.07 b3= 0.16 10-3 。 当 t4=60时，由表2-12查得 =12.17 W/（m2）。 故 q=12.17（60-20）=486.8（W/m2）。将上述数据代入式（2-70）， 先算出界面温度t2。,13,再由式（2-71）
5、计算t3由式（2-72）计算矿渣棉保温层的厚度 S3=（588-60）0.07+0.50.1610-3（588+60）=132mm,14,下面进一步计算1m2面积侧墙的蓄热量。轻质粘土砖、硅藻土砖和矿渣棉在1m2面积侧墙上所占的重量分别为 G1=0.115600=69 Kg G2=0.115550=63.3 Kg G3=0.132200=26.4 Kg它们的平均比热容分别为 C1=0.836+0.26310-3 0.5（950+782）=1.06 KJ/（Kg ） C2=0.837+0.25110-3 0.5（782+588）=1.0 KJ/（Kg ） C3=0.75 KJ/（Kg ）各层的畜
6、热量 Q1=691.06（950+782）/2-20=61876 KJ， Q2=42095 KJ， Q3=6019 KJ,15,总畜热量 Q=109990 KJ上述炉墙若用体积密度为120Kg/m3的硅酸铝耐火纤维炉衬，它的平均导热率为m=0.032+0.21（tm/103）2= 0.032+0.21（950+60）/（2103）2 =0.086 W/（m ）由此得全耐火纤维炉墙的厚度S=（950-60）0.086/486.8=157mm1m2面积炉墙的重量为18.8Kg，相应的畜热量Q=18.81.1（50+60）/2-20=10030KJ,16,耐火纤维的平均比热容按1.1KJ/（Kg ）
7、计算。由此可见，在上述条件下用耐火纤维炉衬代替砖彻炉衬后，炉衬的畜热量将减少近90%。 因而在周期作业炉上使用耐火纤维炉衬可显著节能，并能大大缩短其空炉升温时间。例设计某热处理中温炉的平壁炉墙（侧墙），已知炉膛温度为950，车间温度20，炉壳外温度60。耐火层用QN-0.6轻质粘土砖，厚度115mm。保温层为115mm的B级硅藻土砖，外层用矿渣棉，其=0.2t/m3，试确定矿渣棉层的厚度及其界面温度。,17,解：已知 QN-0.6轻质砖 1=0.165+0.19410-3 t W/（m） B级硅藻土砖 2=0.131+ 0.23 10-3 t W/（m） 矿渣棉 3=0.07+ 0.16 10
8、-3 t W/（m）炉外壁与车间为对流换热 q=at=12.17(60-20)=486.8 (w/m2),S3=(t3-t4)+0.5b3(t3+t4)=132(mm),18,另：再计算1m2面积侧墙的蓄热量。已知三层在1m2面积上所占重量分别为：G1=0.115600=69 Kg G2=0.115550=63.3KgG3=0.132200=26.4Kg平均比热 ：C1=0.836+0.26310-30.5（950+782）=1.06 KJ/ （Kg）C2=0.837+0.2510-3 t均=1.0 KJ/（Kg）C3=0.75 KJ/（Kg）各层蓄热：Q1=G1C1t=61876 KJ Q2
9、=42095 KJ Q3=6019 KJ总畜热量：Q=109990 KJ,19,上述炉墙若用=120 Kg/m3的硅酸铝耐火纤维单层炉衬，则m=0.032+0.21（tm/103）2 KJ/（Kg） =0.032+0.21（950+60）/21032=0.086 W/（m）=（950-60）0.086/486.8=157 mmG=18.8 Kg Q=10030 KJ（c=1.1KJ/（Kg）可见Q下降约90，.节能显著 .空炉升温 降低,20,2.强制对流时的对流换热系数（1）气体沿平面流动时,21,注：VO为标准状态，若不是则换算VO=Vt 273/（273+t）（2）气流沿长形工件流动时
10、a=kvt 0.8 w/(m2)t:100 200 300 400 500 600K:4.81 4.19 3.74 3.37 3.20 3.09也有a=6.98+3.2Vt 0.8 w/(m2)(3).炉气在燃料炉内奚流动时 a=z vt 0.8/(d 0.2) kLkH2o 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 炉气温度（）600 800 1000 1200 1400 z 1.99 1.77 1.61 1.48 1.39,22,kL-通道长度L与水力学直径d比值的系数L/d 2 5 10 15 20 30 40 50kL
11、1.40 1.24 1.14 1.09 1.07 1.04 1.02 1.00 kH2o-炉气中水蒸气含量的系数H2o 0 2 5 10 15 20 25 30kH2o 1.00 1.18 1.24 1.29 1.34 1.39 1.43 1.47(4)气流在通道内层流流动时 a=5.99/d (w/m2) -炉气的导热系数 （w/(m)） d-通道的水力学直径,23,例3：设有一台空气循环电炉，循环空气温度为500，炉内加热扎制金属板面积为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。解：求VO，当Vt1=5m/s时 VO1=Vt273/（273+500）=1.8m/S同理：Vt2=10m/s，VO2=3.5m/s Vt3=20m/s，V03=7.1m/S设金属表面为扎制表面，代入相应公式：,24,a1=13.46 w/(m2) a2=20.69 w/(m2) a3=34.73 w/(m2)因为q=a(500-100)=400a所以可得：q1=5384 w/m2 q2=8276 w/m2 q3=13892 w/m2注：（1）不同资料介绍的a值相差很大 （2）选用实验公式时，必须注意各公式应用 范围和条件。,
