节能的传热学途径.ppt

2.3.3 热辐射 辐射换热基本特点: 基本公式： 1、辐射换热可以不借助任何介质； 2、存在能量的转换。 σ=5.67×10-8 W/(m2.K4) T1 T2 2.4 导热的基本定律 2.4.1 导热——热量从物体中温度较高的部位传递到温度较低的部位，或者从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程。常见现象为：工件本身的加热和均温过程；工件在炉内通过与炉底板接触部分的换热过程；加热装置外壁温度的产生；炉内外伸构件（热短路现象）本质——物体内部微观粒子的热运动。在气体、液体、固体中都可发生；但纯粹的导热只在固体中进行。 2.4.2 温度梯度 已知某一瞬时，物体内部各点的温度分布（温度场）为： 当各点温度不随时间变动（稳态场）时，如左图所示的不同等温面间的 温度梯度为： n D n A d q t t D + t t t D - ① 降低散热面的温度；合理确定保温层厚度；设法提高层间热阻； ② 合理选材或设法降低所用材料的导热系数λ；影响导热系数λ的因素：材料本质材料结构孔隙率容重材料的物理状态：湿度温度根据通过单层平板和多层平板的的散热损失的热流量计算公式，可知，要减少热损失，有以下途径： 2.4.8 涉及导热时的节能途径 ③ 减少散热面积； 直观的节能措施。在相同的体积或容积下，圆形截面比方形截面的表面积小，球形表面积比圆柱形表面积小——新的设计思路；反之，为了提高换热效率（或散热效率）则希望增大换热面积，如各种散热器、空气预热器等的肋片、翅片等。 ④ 合理的保温层材料、结构和厚度 ⑤ 设法减少热短路现象；2.5.1 对流换热中热流量的计算 牛顿冷却公式 2.5 对流换热2.5.2 影响对流换热表面传热系数的因素 2 ①流体的起因 强制对流：流体在机械力或其它压差作用下产生的流动； 自然对流：流体在浮升力作用下产生的流动。 ②流动的形态 层流还是紊流 掠过平壁时流动边界层的形成和发展 ③流体有无相变 ④换热面的几何状况 ⑤流体的热物理性质 总之： 气--液相变(气化) 液--气相变(冷凝) 2.5.3 流动边界层和热边界层①流动边界层：靠近壁面流速急剧变化的薄层。 ②热边界层：靠近壁面温度急剧变化的薄层。 掠过平壁时流动边界层的形成和发展 2.5.10 强化对流换热，提高热效率的途径对流换热现象在金属材料热处理中到处涉及，无论是加热或冷却，都有需要强化或削弱的可能；例如，炉内对流强化不仅有利于提高换热效率，更重要的是有利于炉温均匀；淬火冷却加强循环，不仅有利于加快冷却，还有利于冷却均匀。根据牛顿公式：在涉及单纯的对流换热时，强化或削弱对流换热的途径不外乎三个主要因素：换热副的温差?t; 换热面积F；对流换热系数α。但在对待一个实际的具体工件时，考虑温差?t要注意过程中温差分布的均匀性变化；考虑换热面积F要注意形状因素，避免“死角”；… 加大换热温差可明显提高换热效率，但实际操作有一定难度。主要要考虑有哪些场合涉及流体加热或冷却。例如：加热时，什么炉型需用循环风机？规定的温度一定，再怎么提高温差？淬火冷却时，工件温度一定，要提高温差，就只有降低淬火液温度，但温差一大，淬火变形增大，所以往往需要减小温差。 提高流体流速，增加紊流程度风机——搅拌器—— 注意控制流体与受热（冷却）面的相对运动方向合理布料——喷嘴设置的方向——避免过热、冷却不均匀 1 2 3 设计合理的有利于流体运动的截面形状例如炉膛形状，不仅影响散热面积，而且影响换热效率，设法增大换热面积肋片、翅片、排管…炉膛内工件的合理堆放… 开发促进换热的附加装置：因为涉及分子运动和界面效应，所以任何能影响流体分子运动和界面物性的因素都可能成为我们促进换热，提高换热效率的手段，例如：电场、磁场、超声波、机械振动；或者化学方面：各种添加剂，如在冷却介质中余热利用流体热交换后带有大量的热量，往往作为废气、废液排放（燃料炉的热烟气、淬火液中的热量…）， 合理利用流体中的余热是提高综合热效率的重要途径。 4 5 6 7 * * 第三讲 材料工程中节能的传热学途径 §1 关于热效率 §2 材料热处理中的热效率计算 §3 节能的传热学途径 §4 节能的其它途径 §1 材料热处理中的热效率计算 在制造过程中, 热处理是耗能大户。其电能消耗一般为机械制造企业的20%～30%。我国机械制造类工厂的热处理用电费用占生产成本约40%。可见合理选择热处理能源, 有效和节约使用能源是热处理生产技术发展和改造的重点之一。 在实际工作中，一般只能计算工程热效率。 电是二次能源，火电厂发一度电约需9196 kJ的热能（从发电效率和标煤的热值折算而来），发电的效率在～37%。纵使热处理加热炉的热效率