热处理炉第二章3,4.ppt

第二章第二章 炉子传热原理炉子传热原理13.3.对流换热对流换热 2一、对流换热的基本概念与机理：一、对流换热的基本概念与机理：n1.流动边界层流动边界层 n（1 1）定义：流体流经固体表面时，由于流体）定义：流体流经固体表面时，由于流体的粘性作用，使紧贴固体表面的流体速度等于的粘性作用，使紧贴固体表面的流体速度等于0。随着离开壁面的距离增加，其速度迅速增。随着离开壁面的距离增加，其速度迅速增大。在离壁面大。在离壁面处流速为流体主流速度的处流速为流体主流速度的99%，这个距离，这个距离称为边界层称为边界层。3n（2 2）雷诺数：）雷诺数：Re=Re=vdvd/n v:v:流速流速(m/s);(m/s);n d:d:管道水力学管道水力学d=4F/sd=4F/s直径直径(M);(M);n :流体密度流体密度(kg.m(kg.m3 3)n :流体粘度流体粘度(Ns/m(Ns/m2 2)n管道中：管道中：Re2100 Re2300 Re2300 紊流紊流 ；2100Re2300 2100Re q=a(t =q=a(t1 1-t-t2 2)(w/m)(w/m2 2)n式中式中a a为对流换热系数，它表明当流体与壁为对流换热系数，它表明当流体与壁面间的温差为面间的温差为11时，在单位时间内，通过时，在单位时间内，通过单位面积的热量。单位面积的热量。a a的大小，反映出对流换的大小，反映出对流换热过程的强弱程度。热过程的强弱程度。nQ=(tQ=(t1 1-t-t2 2)/)/（1/aF1/aF）=RtRt=1/aF=1/aF 6三、影响对流换热的因素三、影响对流换热的因素 n1.1.流体流动发生的原因：流体流动发生的原因：n（1 1）自然对流：自然对流：VRaVRa。n（2 2）强制对流：强制对流：VRa VRa。n2.2.流体的流动状态：流体的流动状态：n（1 1）层流：靠传导，热流方向垂直于流体运动的方向。层流：靠传导，热流方向垂直于流体运动的方向。n（2 2）紊流：传导紊流：传导+紊流混合，取决于层流底层传导，紊流混合，取决于层流底层传导，但层流底层薄，所以总的传热能力比层流大。但层流底层薄，所以总的传热能力比层流大。n相同条件下：流速高的紊流相同条件下：流速高的紊流a a 流速低的层流流速低的层流a a。（原因：原因：紊流中层流低层薄，紊流中层流低层薄，RR；流速高紊流流速高紊流流体内相对位移大，对流换热激烈流体内相对位移大，对流换热激烈aa。7n3.3.流体的物理性质：流体的物理性质：n（1 1）流体的导热系数：）流体的导热系数：(Rt(Rt)a;)a;n（2 2）流体的比热流体的比热c:ca;c:ca;n（3 3）流体的密度流体的密度：a(a(流体的流量与流流体的流量与流体的密度成正比，密度增加流体在单位时间内所携体的密度成正比，密度增加流体在单位时间内所携带的热量，从而加强流体与壁面之间的对流换热。带的热量，从而加强流体与壁面之间的对流换热。)n（4 4）流体的粘度：粘度大）流体的粘度：粘度大RaRa。n4.4.固体表面的形状、大小、位置固体表面的形状、大小、位置 8四四.对对流换热系数的确定流换热系数的确定实验确定实验确定 n1.自然对流时的对流换热系数自然对流时的对流换热系数n经验公式：经验公式：a=A(t1-t2)1/4（w/m2）n炉炉壁壁自自然然对对流流换换热热系系数数与与炉炉壁壁和和空空气气间间的的温温差差t1-t2成成正正比比；A为为系系数数，对对炉炉墙墙竖竖壁壁为为2.56，炉炉底底外外壁壁 为为1.63，炉顶外壁为，炉顶外壁为3.26，单位：，单位：w/(m2c1.25)。92.2.强制对流时的对流换热系数强制对流时的对流换热系数 n(1)(1)气体沿平面流动时：气体沿平面流动时：10n(2)(2)气体沿长形工件流动时：气体沿长形工件流动时：na=kva=kvt t0.80.8 (w/(m (w/(m2 2)nv vt t-炉膛内循环空气的实际流速（炉膛内循环空气的实际流速（m/sm/s）nKK取决于炉温的系数，由下表得出取决于炉温的系数，由下表得出 n也有也有 a=6.98+3.2va=6.98+3.2vt t0.80.8 (w/(m (w/(m2 2)11n（3 3）炉气在燃料炉中稳定流动时：）炉气在燃料炉中稳定流动时：na=zva=zvt t0.80.8/d/d0.20.2 K Kl lK KH H2 20 0 (w/(m (w/(m2 2)n式中：式中：v vt t炉膛内炉气的实际流速炉膛内炉气的实际流速(m/s)(m/s)；ndd炉膛通道的水力学直径炉膛通道的水力学直径(m)(m)；nzz炉气温度的系数：炉气温度的系数：nk kl l通道长度通道长度l l与水力学直径与水力学直径d d比值的系数：比值的系数：nK KH H2 20 0炉气中水蒸汽含量的系数：炉气中水蒸汽含量的系数：12n（4 4）气流在通道内层流流动时：）气流在通道内层流流动时：n a=5.99/d (w/ma=5.99/d (w/m2 2)n炉气的导热系数炉气的导热系数(w/(m)(w/(m)。ndd通道的水力学直径。通道的水力学直径。n 例例3 3：设设有有一一台台空空气气循循环环电电炉炉，循循环环空空气气温温度度为为5 50 00 0，炉炉内内加加热热轧轧制制金金属属板板，面面积积为为1 1 m m2 2，求求当当循循环环空空气气的的实实际际流流速速分分别别为为5 5、1 10 0和和2 20 0m m/s s，金金属属板板温温度度为为1 10 00 0时时的的对对流流换换热热量量。13n解：求解：求v v0 0,当当v vt1t1=5 m/s=5 m/s时时nv v0101=v=vt t273/273/（273+500273+500）=0.35v=0.35vt t=0.355=1.8m/s=0.355=1.8m/sn同理：同理：v vt2t2=10 m/s =10 m/s ；v v0202=3.5 m/s =3.5 m/s ；n v vt3t3=20 m/s =20 m/s ；v v0303=7.1 m/s =7.1 m/s 。n设金属表面为轧制表面，代入相应公式：设金属表面为轧制表面，代入相应公式：n a a1 1=13.46 w/(m=13.46 w/(m2 2);a);a2 2=20.69 w/(m=20.69 w/(m2 2););n a a3 3=34.73 w/(m=34.73 w/(m2 2)。nq=a(500-100)=400aq=a(500-100)=400anqq1 1=5384w/m=5384w/m2 2;q;q2 2=8276w/m=8276w/m2 2;q q3 3=13892w/m=13892w/m2 2 。n注：（注：（1 1）不同资料介绍的）不同资料介绍的a a 值会相差很大。值会相差很大。n （2 2）选用实验公式时，必须注意各公式应用范围）选用实验公式时，必须注意各公式应用范围和条件。和条件。14五五.强化炉内对流换热的途径强化炉内对流换热的途径 n1.1.加大换热温差。加大换热温差。(但不应超过工件终了温度但不应超过工件终了温度20502050之间。之间。)n2.2.提高流体速度：提高流体速度：n（1 1）低低温温热热处处理理炉炉：常常增增设设风风机机 -提提高高a;a;加加热热速速度度;炉炉温温均匀性均匀性。n（2 2）燃燃料料炉炉内内：提提高高燃燃料料或或火火焰焰喷喷射射速速度度(可可达达100200m/s)100200m/s)；n3.3.控制流体与受热面积的相对运动方向：控制流体与受热面积的相对运动方向：n（1 1）流体垂直冲击受热面积，）流体垂直冲击受热面积，a a；n（2 2）合理布料与适当布置排烟口的位置。合理布料与适当布置排烟口的位置。n4.4.增大换热面积：增大换热面积：n（1 1）适当控制装料量；）适当控制装料量；n（2 2）合理布置工件和装设支架以及增加预热区长度；）合理布置工件和装设支架以及增加预热区长度；n（3 3）设置肋片。）设置肋片。n 5 5适当缩小横截面，可提高流速适当缩小横截面，可提高流速v,a,v,a,而且可减小炉壁的而且可减小炉壁的散热面积，但同时也减小了炉壁的有效辐射换热面积，因此应散热面积，但同时也减小了炉壁的有效辐射换热面积，因此应综合考虑各方面的关系。综合考虑各方面的关系。154.4.辐辐 射射 换换 热热 16一一.基本概念基本概念 n1.1.热辐射的本质：物体以电磁波向外辐射能热辐射的本质：物体以电磁波向外辐射能量（量（0k0k）电磁波波长为电磁波波长为00（X X射线、射线、紫外线、可见光紫外线、可见光0.380.380.76m0.76m、无线电波）无线电波）热射线为热射线为0.1100m0.1100m绝大部分集绝大部分集中在中在0.7616m 0.7616m（热处理加热温度范围内）热处理加热温度范围内）。172.2.吸收、反射和透射吸收、反射和透射 n热热射射线线的的物物理理本本性性与与可可见见光光相相同同，也也有有反反射射、透透射射和和吸吸收收等等现现象象。如如右右 图图，根根 据据 能能 量量 守守 恒恒 定定 律律，则则 nQ=QQ=QA A+Q+QR R+Q+QD D n1=Q1=QA A/Q+Q/Q+QR R/Q+Q/Q+QD D/Q=A+R+D/Q=A+R+D nA:A:吸收率，吸收率，A=1A=1时为绝对黑体时为绝对黑体(黑体黑体)；nR:R:反射率，反射率，R=1R=1时为绝对白体时为绝对白体(白体白体)；nD:D:透射率，透射率，D=1D=1时为绝对透明体时为绝对透明体(透透明体明体)。nA A、R R、D D与物体特性、表面状态、温与物体特性、表面状态、温度、波长有关：度、波长有关：n大多数固、液体：大多数固、液体：D=0D=0，A+R=1A+R=1。一一般工程材料为漫反射。般工程材料为漫反射。n气体：气体：R=0 R=0。183.3.黑体模型黑体模型 n自然界无黑体自然界无黑体人工黑体人工黑体模型模型空腔壁开设小孔空腔壁开设小孔吸收。吸收。当面积比当面积比0.6%0.998 A0.998。n绝对黑体不但是一种理想的绝对黑体不但是一种理想的吸收热射线的物体，而且也是吸收热射线的物体，而且也是辐射能力最强的理想辐射体，辐射能力最强的理想辐射体，任何物体对热射线的辐射和吸任何物体对热射线的辐射和吸收能力都小于绝对黑体。收能力都小于绝对黑体。n以后有关黑体的物理量均以以后有关黑体的物理量均以“b”b”为下标表示。为下标表示。19二.热辐射的基本定律（一）普朗克定律：（一）普朗克定律：n1.1.黑体的辐射力：黑体在单位时间内单位面积上发射黑体的辐射力：黑体在单位时间内单位面积上发射的所有波长（的所有波长（为为00）的射线所携带的总能量。）的射线所携带的总能量。E Eb b n2.2.黑体的单色辐射力：单位时间内单位面积的黑体表黑体的单色辐射力：单位时间内单位面积的黑体表面向半球空间所有方向发射的某一特定波长的辐射能。面向半球空间所有方向发射的某一特定波长的辐射能。203.3.普朗克定律：普朗克定律：19001900年普朗克从理论分析得出黑体年普朗克从理论分析得出黑体的单色辐射力的单色辐射力I Ibb与绝对温度与绝对温度TKTK和波长的关系为和波长的关系为n:波长，单位为波长，单位为m m；nT T：热力学温度热力学温度K K；nC C1 1：普朗克第一常数，为普朗克第一常数，为3.743103.74310-16-16 wm wm2 2nC C2 2：普朗克第一常数，为普朗克第一常数，为1.4387101.438710-2 -2 mkmkne:e:自然对数的底数。自然对数的底数。n把上式描绘成图，可以更清楚显示不同温度下把上式描绘成图，可以更清楚显示不同温度下黑体辐射能按照波长的分布情况：黑体辐射能按照波长的分布情况：21（1 1）黑体在任意温度下都可）黑体在任意温度下都可以辐射出波长从以辐射出波长从00的各种的各种射线。当射线。当00或或时，时，I I0 TI0 TI 。n（2 2）在一定波长范围内，）在一定波长范围内，I I显著。热处理中显著。热处理中=0.7616m=0.7616m。TITImaxmax向左移。向左移。n（3 3）维维恩恩定定律律：在在同同一一辐辐射射温温度度下下，黑黑体体的的单单色色辐辐射射力力在在某某一一波波长长maxmax时时，存存在在着着最最大大值值。对对应应于于单单色色辐辐射射力力最最大大值值时时的的maxmax随随着着温温度度的的升升高高向向短短波波范范围围内内移移动动。若若将将普普朗朗克克定定律对律对取导数，并令取导数，并令22求得如下关系：求得如下关系：T Tmm =2.8976=2.89761010-3-3(m(mK)K)。n（4 4）斯蒂芬）斯蒂芬波尔兹曼定律波尔兹曼定律(四次方根定律四次方根定律)：n黑体辐射力：黑体辐射力：n 0 0:斯斯 蒂蒂 芬芬 波波 尔尔 兹兹 曼曼 常常 数数，0 0=5.67510=5.67510-8-8 w/(mw/(m2 2KK4 4)n=EbEb=C=C0 0(T/100)(T/100)4 4(w/m(w/m2 2),),nC C0 0黑体的辐射系数，黑体的辐射系数，C C0 0=5.675=5.675 w/(mw/(m2 2KK4 4)。23（二）灰体与实际物体的辐射力（二）灰体与实际物体的辐射力n1.1.实际物体的辐射和吸收实际物体的辐射和吸收n（1 1）黑体在任何情况下吸收率都为黑体在任何情况下吸收率都为1 1；n（2 2）实际物体的吸收率随物体表面状态与结构而异实际物体的吸收率随物体表面状态与结构而异 工业用铝板工业用铝板100100时为时为0.090.09，严重氧化时为，严重氧化时为0.20.20.33 0.33 表面越粗糙表面越粗糙 AA。n（3 3）实际物体的单色吸收率随波长而异实际物体的单色吸收率随波长而异耐火砖对长耐火砖对长波辐射波辐射AA，而对短波辐射而对短波辐射AA。n（4 4）实实际际物物体体的的吸吸收收率率随随温温度度而而异异。例例：AlAl2 2O O3 3在在30K 30K 时时A A 为为0.75,0.75,在在300K300K时，时，A A 为为0.1250.125。n注：各物体的吸收率随温度的变化规律也不同：注：各物体的吸收率随温度的变化规律也不同：na.a.大部分金属大部分金属T T A A;nb.b.大部分耐火及保温材料大部分耐火及保温材料T T A A 。n由此可见，实际物体的吸收率都小于由此可见，实际物体的吸收率都小于1 1。242.2.黑度与灰体概念黑度与灰体概念n（1 1）黑度：实际物体的辐射力）黑度：实际物体的辐射力E E和同一温度和同一温度下黑体的辐射力比值下黑体的辐射力比值称为实际物体的黑度称为实际物体的黑度或辐射率，即或辐射率，即=E/=E/E Eb b 。“黑度黑度”表示实际表示实际物体的辐射能力接近于黑体的程度。对于黑物体的辐射能力接近于黑体的程度。对于黑体体=1=1，对于实际物体对于实际物体1 +E=E Eb bA A=E =E/A=E =E/A=E Eb b 28n上式对所有物体都成立，因此则有：上式对所有物体都成立，因此则有：nE E1 1/A/A1 1=E=E2 2/A/A2 2=E=En n/A/An n=E Eb b =f(T)=f(T)n说明任何物体的辐射力和其吸收率的比值恒等于同说明任何物体的辐射力和其吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射力，并且只和温度有关，与物体温度下黑体的辐射力，并且只和温度有关，与物体性质无关。性质无关。n引伸：引伸：na.E/Ea.E/Eb b=与与E/E/E Eb b=A=A可见可见=A=A。表明在热平衡条件表明在热平衡条件下，任意物体的下，任意物体的=A=A。n这说明善于吸收的物体也善于辐射，在一定温度条这说明善于吸收的物体也善于辐射，在一定温度条件下，黑体显然具有最大的辐射力件下，黑体显然具有最大的辐射力E Eb b和最大的吸收和最大的吸收率率A Ab b(A(Ab b=1)=1)。nB.B.该定律也适用于单色辐射，即该定律也适用于单色辐射，即E E/E/Ebb=A=A=。29（2）实际应用实际应用nA.灰体：灰体的灰体：灰体的是个与温度、波长无关的是个与温度、波长无关的物体，由于物体，由于A=A=，因此在任何状态下因此在任何状态下A A都是都是定值，它也与定值，它也与T T、无关，因此在灰体中无无关，因此在灰体中无热平衡的限制。热平衡的限制。nB.B.工业中常用的热辐射可近似的看为灰体，工业中常用的热辐射可近似的看为灰体，因此在工业实际中，认为因此在工业实际中，认为A A是定值，并且在是定值，并且在任何条件下都可使用。任何条件下都可使用。30三三.辐射换热及角度系数辐射换热及角度系数n（一）角度系数（一）角度系数n1.1.定义：在空间中由一个表面发出的辐射能落到另定义：在空间中由一个表面发出的辐射能落到另一个表面上去的百分数称为角度系数一个表面上去的百分数称为角度系数。如图：表如图：表面面1 1投射到表面投射到表面2 2上的能量为上的能量为=E=E1 1F F1 11212 。由此定义可由此定义可以看出角度系数纯系几何因子，它只取决于换热物以看出角度系数纯系几何因子，它只取决于换热物体的形状、尺寸以及两者间的相互位置，而与物体体的形状、尺寸以及两者间的相互位置，而与物体的性质、温度等条件无关。的性质、温度等条件无关。312.2.角度系数角度系数的基本规律：的基本规律：nF F1 1是平面或凸面时，是平面或凸面时，1111=0=0；n角度系数的相对性：角度系数的相对性：F F1 11212=F=F2 22121。(也称互变原理也称互变原理)n如图，单位时间里如图，单位时间里Q Q 1-2 1-2=E=Eb1b1F F1 11212，同时，同时，Q Q2-12-1=E=Eb2b2F F2 22121。由于都是黑体，所以落到表面上的能量全部吸收，两物由于都是黑体，所以落到表面上的能量全部吸收，两物体间净换热量体间净换热量Q=EQ=Eb1b1F F1 112 12 -E-Eb2b2F F2 22121，当达到热平衡时，当达到热平衡时，T T1 1=T=T2 2 ，Q=0 Q=0，E Eb1b1=E=Eb2b2,F,F1 11212=F=F2 22121 。n重申：重申：为几何因子，与为几何因子，与、T T无关。无关。32n角度系数的完整性：角度系数的完整性：封闭体系中封闭体系中X X1111+X+X1212+X+X1313+X+X1n1n=1=1n3.3.常见角度系数的确定常见角度系数的确定封闭体系中封闭体系中n两相距很近的平行大平面：两相距很近的平行大平面：1212=2121=1=1；n两很长的同轴圆柱或同心球体：两很长的同轴圆柱或同心球体：2121=1=1，1212=F=F2 2/F/F1 1。n一个平面和一个曲面：一个平面和一个曲面：2121=1=1，1212=F=F2 2/F/F1 1 。n两个曲面：两个曲面：1212=S=S1 1/(S/(S1 1+S+S2 2)2121=S=S2 2/(S/(S1 1+S+S2 2)。33n例：如右图所示，假定由三个凸表面所组成的系统，在例：如右图所示，假定由三个凸表面所组成的系统，在垂直于纸面方向足够长（理论上要无限长），因而从系垂直于纸面方向足够长（理论上要无限长），因而从系统两端开口处逸出的辐射能可略去不计，即认为这一系统两端开口处逸出的辐射能可略去不计，即认为这一系统是密闭系统。设三个表面的面积分别为统是密闭系统。设三个表面的面积分别为F1、F2及及F3，根据角度系数的相对性和完整性可写出：根据角度系数的相对性和完整性可写出：34(二二)任意放置的两表面组成的封闭体系内的辐射放热任意放置的两表面组成的封闭体系内的辐射放热n1.1.有效辐射有效辐射 J JnJ J表示单位时间内由物体单位面积上放射出的能表示单位时间内由物体单位面积上放射出的能量，即物体本身辐射和反射的能量之和。量，即物体本身辐射和反射的能量之和。nJ=J=EEb b+（1-A1-A）G=EG=Eb b+(1-)G+(1-)GnG G为投射辐射。为投射辐射。G G表示在单位时间内投射在物体表示在单位时间内投射在物体单位面积上的辐射能。单位面积上的辐射能。352.2.任意两表面封闭体系的辐射热交换任意两表面封闭体系的辐射热交换nF F1 1对对F F2 2的有效辐射为的有效辐射为J J1 1F F1 11212n F F2 2对对F F1 1的有效辐射为的有效辐射为J J2 2F F2 22121 。nF F1 11212=F=F2 22121且热交换量为且热交换量为:Q:Q1212=J=J1 1F F1 11212-J-J2 2F F2 22121 。36若若T T1 1TT2 2时时n因此热平衡仅在因此热平衡仅在F F1 1、F F2 2面之间，所以面之间，所以Q Q1212=Q=Q1(-)1(-)=Q Q2(+)2(+),由（由（1 1）（）（2 2）（）（3 3）式可得：）式可得：37 F F1 11212=F=F2 22121 nC C导导称为导来称为导来辐射系数。辐射系数。383.3.实际应用实际应用n（1 1）两平行大平面的换热）两平行大平面的换热n对两平行大平面对两平行大平面F F1 1=F=F2 2=F=F，1212=2121=1=1。39n（2 2）当其中一个为平面，另一个为曲面（前）当其中一个为平面，另一个为曲面（前者为小面，后者为大面），或者两很长的同轴者为小面，后者为大面），或者两很长的同轴圆柱以及同心球体时：圆柱以及同心球体时：n2121=F1/F2=F1/F2，1212=1=1 ，40n（3 3）当）当F F2 2 F F1 1,其其F F2 2为凹面，为凹面，F F1 1为平面或凸为平面或凸面时：面时：n2121=0=0，1212=1=1，41例：马弗炉内表面F1=1m2,其温度t1=900,炉底上有架子，上面并排放着两根方钢，互相紧靠。方钢截面5050 mm，长1 m，马弗与方钢的黑度同为0.8。求方钢温度t2=500时马弗对方钢的辐射换热热流量。44n解：由于方钢相互紧靠，略去端头面积后，解：由于方钢相互紧靠，略去端头面积后，每根方钢有三个受热面，因此受热总面积：每根方钢有三个受热面，因此受热总面积：F F2 2=60.051.0=0.3 m=60.051.0=0.3 m2 2 。n2121=1=1，1212=F=F2 2/F/F1 1=0.3/1=0.3=0.3/1=0.3，1 1=2 2=0.8=0.8 45四四.炉门开启时的辐射换热炉门开启时的辐射换热n（一）分析：（一）分析：n1.1.炉门口与炉膛的交界面炉门口与炉膛的交界面F F1 1、T T1 1 。由于由于F F1 1相对于炉相对于炉膛较小，膛较小，1 1=1=1。n2.2.炉门与车间的交界面炉门与车间的交界面F F2 2、T T2 2 ，同样同样1 1=1=1。n3.3.炉门口的炉衬表面炉门口的炉衬表面F F3 3，为使问题简化设为使问题简化设F F3 3面温度面温度均匀一致，在换热中即不均匀一致，在换热中即不得热也不损失热，即认为得热也不损失热，即认为绝热面。绝热面。46n（二）计算：炉门开启时热损失（二）计算：炉门开启时热损失Q Q1212显然为显然为F F1 1传传给给F F2 2的热量的热量n1.1.对于对于F F2 2面列出热平衡方程：面列出热平衡方程：nQ Q132132=Q=Q投投2 2-Q-Q效效2 2=Q=Q效效1 11212+Q+Q效效3 33232-Q-Q效效2 2(1)(1)n2.2.对于黑体，反射率为对于黑体，反射率为0 0，故黑体面的有效辐，故黑体面的有效辐射等于它的本身辐射：射等于它的本身辐射：nQ Q效效1 1=E=Eb1b1F F1 1 (2)(2)nQ Q效效2 2=E=Eb2b2F F2 2(3)(3)n3.F3.F3 3面为绝热面面为绝热面:Q:Q效效3 3=Q=Q投投3 3nQQ效效3 3=Q=Q效效1 11313+Q+Q效效2 22323+Q+Q效效3 33333nQ Q效效3 3=(E=(Eb1b1F F1 11313+E+Eb2b2F F2 22323)/(1-)/(1-3333)(4)(4)47n4.4.炉门为规则形状炉门为规则形状,故故F F1 1=F=F2 2,3232=3131 ,1313=2121 n1313+1212=1 ,=1 ,2323+2121=1 =1 。n5.5.将将(2)(3)(4)(2)(3)(4)代入代入(1)(1)式整理得式整理得:nQ Q132132=(1+=(1+1212)/2(E)/2(Eb1b1-E-Eb2b2)F)F2 2(5)(5)n6.6.由由(5)(5)得炉门开启时的辐射热损失得炉门开启时的辐射热损失:n式中式中:C:C0 0黑体辐射系数黑体辐射系数,5.675,5.675。FF炉门开启面炉门开启面积积(m(m2 2););t t炉门在炉门在1 1 小时内的开启时间比率小时内的开启时间比率;遮避系数遮避系数(综合角度系数综合角度系数),=(1+),=(1+1212)/2;)/2;48n遮避系数遮避系数(综合角度系数综合角度系数),),=(1+=(1+1212)/2;)/2;n注注:若考虑若考虑F F3 3的有效辐射沿炉口深度不均匀分的有效辐射沿炉口深度不均匀分布时布时=(1+=(1+1212)/2-(1+)/2-(1+1212)4 4/6/6n值也可由各种手册查出。值也可由各种手册查出。4950(二二)强化炉膛辐射换热的途径强化炉膛辐射换热的途径n1.1.提高炉温提高炉温;n2.2.增大工件表面黑度增大工件表面黑度;n3.3.增大工件的受热面积增大工件的受热面积;n4.4.增大电热元件的黑度增大电热元件的黑度;n5.5.炉膛高度炉膛高度n电热元件在炉底或炉顶电热元件在炉底或炉顶,采用矮炉膛采用矮炉膛;n电热元件在两侧电热元件在两侧:高高/宽宽T)=Ta a4 4=1/2(T=1/2(T1 14 4+T+T2 24 4)。n（2 2）加加隔隔热热屏屏时时，各各层层所所起起隔隔热热效效果果并并不不同同,随随n n增加隔热作用迅速下降。一般增加隔热作用迅速下降。一般n=6n=68 8。57七七.气体与固体间的辐射换热气体与固体间的辐射换热n（一）气体的辐射与吸收（特点）（一）气体的辐射与吸收（特点）n 1.1.气气体体的的吸吸收收和和辐辐射射能能力力与与气气体体的的分分子子结结构构有有关。关。na.a.单单原原子子、对对称称的的双双原原子子气气体体：透透明明体体。辐辐射射与与吸吸收收能能力力极极小小，可可忽忽略略不不计计，如如N N2 2、H H2 2、O O2 2。n不不对对称称双双原原子子气气体体（COCO）及及多多原原子子气气体体（COCO2 2、H H2 2O O、SOSO2 2、CHCH4 4）具具有有一一定定的的吸吸收收与与辐射能力。辐射能力。58n2 2、气体的吸收与辐射具有选择性、气体的吸收与辐射具有选择性n一一种种气气体体只只在在某某些些波波段段范范围围内内具具有有辐辐射射能能力力，相相应应地地也也只只在在同同样样的的波波段段内内才才具具有有吸吸收收能能力力。通通常常把把这这种种有有辐辐射射能能力力的的波波段段称称为为光光带带。这这也就是说，在光带以外气体呈现透明的性质也就是说，在光带以外气体呈现透明的性质n例例如如CO2CO2和和水水蒸蒸汽汽有有三三个个辐辐射射、吸吸收收带带，其其波波长范围如下长范围如下 二氧化碳二氧化碳 水蒸汽水蒸汽第一光带第一光带 =2.363.02=2.363.02 m m，=2.243.27=2.243.27 m m第二光带第二光带 =4.014.80=4.014.80 m m，=4.808.50=4.808.50 m m第三光带第三光带 =12.516.5=12.516.5 m m，=12.025.0=12.025.0 m m59n3.3.气气体体的的辐辐射射与与吸吸收收在在整整个个体体积积内内进进行行（无无反反射射能力）能力）n固固、液液体体的的辐辐射射和和吸吸收收都都在在表表面面上上进进行行，而而气气体体则则不不同同。当当外外界界线线穿穿过过气气体体时时逐逐渐渐被被吸吸收收而而减减弱弱。沿沿途途被被吸吸收收的的辐辐射射能能力力取取决决于于所所碰碰到到的的分分子子数数，分分子子越越多多则则吸吸收收越越强强，故故其其吸吸收收不不仅仅与与气气体体的的形形状、体积有关外，还与温度状、体积有关外，还与温度T T及分压及分压P P有关。有关。A Ag g=f(T=f(T、P P、S)S)n4.4.气体的辐射力并不符合四次方定律气体的辐射力并不符合四次方定律n 例例如如E ECO2CO2TT3 3。5 5、E EH2OH2OTTg g4 4 ,为为了了计计算算方方便便，把把影影响因素放在气体黑度中来考虑，仍用四次方定律：响因素放在气体黑度中来考虑，仍用四次方定律：n Eg=gC C0 0(T(Tg g/100)/100)4 4 (w/m (w/m2 2)60(二二)火焰辐射火焰辐射n1.1.暗暗焰焰：气气体体燃燃料料或或没没有有灰灰份份的的燃燃料料完完全全燃燃烧烧时时，由由于于气气体体的的辐辐射射光光谱谱无无可可见见光光（选选择择性性），火火 焰焰 近近 于于 无无 色色，黑黑 度度 较较 小小，在在0.150.150.300.30左左右右。类类似似于于气气体体辐辐射射，可可按按气气体辐射公式来计算。体辐射公式来计算。n2.2.辉辉焰焰：有有灰灰份份的的燃燃料料燃燃烧烧或或无无灰灰份份燃燃料料不不完完全全燃燃烧烧时时，火火焰焰中中含含有有分分解解产产物物：烟烟渣渣、煤煤屑屑和和飞飞灰灰等等微微粒粒。由由于于这这些些固固体体辐辐射射光光谱谱是是连连续续的的（有有可可见见光光）故故火火焰焰亮亮度度大大，可可明明显观察到。显观察到。61nE63nE64