高温高辐射涂料对窑炉火焰空间系统传热影响的研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 5 高辐射涂料应用条件 Fig. 5 Analysis of condition in appling hight emissivity paint 具有对流和辐射耦合的情况下 ,对于高温炉内是否涂高 温高辐射涂料 ,要视窑体的保温情况 ,废气流速而定 。
参考文献
图 3 窑体内表面黑度对传热增加率的关系 Fig. 3 Relation between emissivity of interior wall of furnace and percentage of increa sing heat flow
+
εw
( Tw ) 100
4
+ φεm
(1
-
εf )
(1
-
εw )
( Tm ) 100
4
εw + φ(1 - εf ) (1 - εw) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
Εσ0
=
σ(
Tw ) 100
4
;α2
=
Aw
4
Tw2 -
T0
+
εw0σ[
(
Tw2 100
·6 ·
中 国 陶 瓷
1999 年第 5 期
AA′( 1T0f0) 4 + BB′( 1T0w0) 4 - CC′( 1T0m0) 4 εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
+ qconv
(4) 式中 :AA′, BB′, CC′分别表示为 : AA′=εfεm [1 + φ(1 - εm) (1 - εf ) ] ; BB′=εmεw (1 - εf ) ; CC′=εm [φεf (1 - εw) (1 - εf ) +εw (1 - εf ) +εf ] ;
Ξ 收稿日期 : 1999 - 02 - 02 ΞΞ 胡昌盛 ,男 ,44 岁 ,副教授 ,主要从事热工理论与计算机应用 ;孟华现在山东酒精总厂工作
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
在火焰黑度为 014 ,被加热物体的表面温度为 1523 ( K) ,火焰温度为 1693 ( K) ,窑体内表面黑度为 017 ,被加 热物体的表面黑度为 018 ,废气的流速为 200m/ s ,An 取 619 ,d ,取 012 ,窑炉的窑体对物料的角系数的影响采用 (4) ～ (7) 进行计算机模拟 , Fig11 是窑体的热阻为 110 (m2 ℃/ W) 。Fig. 2 是是窑体的热阻为 210 (m2 ℃/ W) 火焰 空间系统对物料的传热增加率随着窑体内表面黑度的变 化关系 。从 Fig. 1 可以看出 ,在窑体的热阻一定时 ,随着 黑度的增加 ,火焰空间向物料的传热呈增加趋势 ,窑体黑 度每增加 011 ,火焰空间向物料的传热增加 2 ‰,Fig. 2 是 热阻为 210 (m2 ℃/ W) 时的火焰空间系统向物料的传热随 窑体内表面黑度的变化关系 。从图上可以看出 ,热阻从 图 1 的 110 (m2 ℃/ W) 变化到图 2 的 210 (m2 ℃/ W) ,火焰空 间系统向物料的传热并没有明显的变化 。窑体热阻 110 (m2 ℃/ W) 与 210 ( m2 ℃/ W) 相比较 , 窑体内表面黑度从 015 变化到 110 ,热阻 210 (m2 ℃/ W) 比 110 (m2 ℃/ W) 增加 2 ‰。由此可以看出 ,热阻大于 110 (m2 ℃/ W) 后 ,热阻对 窑体内表面黑度的变化不是明显的 。
( Tw ) 100
4
-
σC
(
Tm ) 100
4
εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
+ qconv
(2)
式中 : qconv = hf ( Tf -
Tm)
;
hf
=
An
W00. 8 d10. 2
式中 , w0 , d1 , hf , An 为烟气流速 、烟气的流通当量直径 、
图 1 窑体内表面黑度对传热的影响 Fig. 1 Relation between emissivity of interior wall of furnace and percentage of increa sing heat flow
3 计算机模拟及结果分析
311 热阻对涂料在火焰空间系统向物料传热的作用
料的黑度 ; Tw , Tf , Tm —分别为窑体内表面的温度 , 火焰的温度 , 物
料的温度 ; φ—窑体对受热物体的角系数 ; qfmnet —火焰向物料的净辐射热流 ; σ—斯蒂芬一玻尔兹曼常数 。
考虑到火焰的对流换热 ,式 (1) 可以写成 :
qfmnet =
σA
( Tf ) 100
4
-
σB
Fig. 4 是热阻为 110 (m2 ℃/ W) , qnet1 和 qnet2 分别是有 对流存在 (废气流速为 100/ m/ s) 和无对流存在时的火焰 空间系统对物料的净辐射热流量与窑体内表面黑度的关 系 ,从图 4 可以看出 ,净辐射换热随窑体内表面黑度的增 加而降低 。在计算中还发现 ,在对流存在时 ,窑体的散热 损失随黑度的增加而降低 ,而在无对流存在时 ,窑体的散 热随窑体内表面黑度的增加而增加 (很小) ,这是因为 :在 有对流传热存在时 ,窑体内表面的温度随窑体内表面黑 度的增加而降低 ,无对流传热存在时 ,窑体内表面温度随 窑体内表面黑度的增加而增加 。 314 高温高辐射涂料应用条件分析
对流换热系数和流体种类系数 。公式 (1) 是火焰直接向
物料的净辐射热流 ; 火焰空间向物料的传热不但包含火
焰直接向物料的辐射传热 , 还应包括窑体内表面向物料
的间接传热 。窑体内表面向物料的间接净辐射传热量
为: qwmnet = σ·
A′( 1T0f0) 4 + B′( 1T0m0) 4 - C′( 1T0m0) 4 εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εω)
)
Tw2 - T0
4
]
α2 为窑体外表面的对流辐射换热系数 , T0 为环境温度 ,
Tw2为窑体外表面温度 ,Aw 为位置系数 ε, w0为窑体外表面
系数 λ, i δ, i 分别为第 Ⅰ层的导热热阻和厚度 ,联立 (4) -
(7) 式 ,通过迭代可以确定在窑体热阻存在时高温高辐射
涂料在窑炉火焰空间系统中所起的作用 。
窑体表面向内传递的热量为 :
q
=
1 - εw εw
Jw +hf NhomakorabeaEb0 ( Tf
-
Tw)
(6)
q=
Tw - T0
∑λδii
+
1 α2
(7)
式中 Jw 为有效辐射 ,其表达式为 : Jw =σ·
[εf (1 - εw)
+ φεf (1 - εf )
(1 - εw)
(1 - εm)
]
(
Tf ) 100
4
εw + φ(1 - εf ) (1 - εw) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
关键词 : 窑炉 ; 数学模型 ; 综合传热 ; 计算机模拟 中图分类号 : TQ17416 + 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 9642 (1999) 05 - 0005 - 03
1 引 言
高温高辐射涂料是否节能 ,在理论上一直没有得到 解释 ,作者通过热平衡理论 ,导出了在窑体参与传热的物 料受热方程 ,由于该方程没有考虑对流传热和窑体热阻 的影响 ,所以结论是在窑体内表面涂以高温高辐射涂料 不节能的结论 ,但作者发现 ,当考虑窑体内表面对流传热 时 ,却发现在窑体内表面涂以高温高辐射涂料却节约能 量 。本文将详细研究高温高辐射涂料节能的应用条件 , 以求对应用起到指导作用 。
第 35 卷第 5 期 1999 年 10 月
中 国 陶 瓷 CHINA CERAMICS
Vol . 35 No. 5 Oct . 1999
高温高辐射涂料对窑炉火焰空间系统传热影响的研究 Ξ
胡昌盛ΞΞ 王 毅 孟 华
(山东轻工业学院 ,济南 250100)
摘 要 : 本文研究了高温高辐射涂料对窑炉火焰空间系统的传热的影响 ,对高温高辐射涂料的应用环境进 行了研究 。
式 (4) 就是作者导出的关于火焰窑炉系统传热数学 模型 。体现了窑体内表面黑度 、内表面温度 、火焰黑度和
温度 、被加热物体的黑度和温度 、窑体对加热物体角系
数 、对流传热对火焰空间系统传热的影响 , 如果已知式 (4) 右边的参数就可以计算出火焰空间系统对受热物体 的净传热量 ,这就是火焰空间系统传热的新的计算公式 。 事实上 ,窑内表面的温度是不容易获得的 ,而一般容易知 道窑体的热阻 ,在知道窑炉的热阻后 ,通过迭代法确定窑 炉内表面的温度 ,最后算出火焰空间系统向物料的净辐 射热量 。而方程 (4) 窑体热阻的影响并没有体现出来 , 因 此 ,需要补充两个方程 。
第 35 卷第 5 期
胡昌盛等 高温高辐射涂料对窑炉火焰空间系统传热影响的研究
·7 ·
312 废气流速对涂料在窑炉火焰空间系统向物料传热 中的作用 Fig. 3 中 ,废气流速为 20m/ s ,将窑体的热阻固定为
110 (m2 ℃/ W) ,图 3 与图 1 相比 ,可以看出 ,废气的流速越 大 ,窑体内表面黑度对火焰空间系统向物料的传热影响 也就越大 。在废气流速较低时 ,如图 3 (废气流速为 20/ s) ,窑体内表面黑度由 015 增加到 1 ,火焰空间系统向物 料的传热才增加 2 ‰,一般窑体内部采用的耐火材料其 黑度不低于 0175 ,如果不从改善窑体的气密性考虑 ,窑体 内表面涂以高温高辐射涂料意义不大 。 313 对流对涂料在火焰空间系统辐射传热中的影响
图 2 窑体内表面黑度对传热的影响 Fig. 2 Relation between emissivity of interior wall
of furnace and percentage of increa sing heat flow
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
(3) 式中 A′, B′, C′分别表示为 : B′=εf (1 - εf ) (εm - εw) ; B′=εw (1 - εf ) [εw +εf (1 - εw) ] ; C′=εm (1 - εf ) [εw +εf (1 - εw) ] ; 火焰空间系统向物料的净传热的总热流量为 : qfnet = qfmnet + qwmnet + qconv =σ·
图 5 分析了高温高辐射涂料应用的条件 ,如果火焰 空间废气流速和窑体热阻是在 1 区域 ,高温高辐射涂料 可以应用 ,并能产生节能效果 ,若废气流速和窑体热阻在 2 区域 ,就不能采用高温高辐射涂料 。在此区域采用高 温高辐射涂料将增加能耗 。
图 4 窑体内表面黑度对辐射热流的影响 Fig. 4 Relation between emissivity of interior wall of furnace and percentage of increa sing heat flow
4
-
σB
Tω ( 100)
4
-
σC
(
Tm ) 100
4
εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
(1) 式中 : A =εf (εw +εf (εm - εw) + φεm (1 - εw) (1 - εf ) ) ; B =εfεw (1 - εf ) (1 - εm) ; C =εfεm (εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) +εf (1 - εw) ) ; εw ,εf ,εm —分别为窑体内表面的黑度 ; 火焰黑度 , 受热物
2 火焰空间系统传热基本计算公式
作者认为 ,物料的受热不但包括火焰向物料的辐射 传热和对流传热 ,还应包括窑体内表面向物料的传热 ,三 者之和应是物料在火焰空间中所接受的热量 ,作者已经 推出火焰空间系统向物料的净传热计算公式 ,火焰向物 料的净辐射传热为 :
qfmnet =
σA
( Tf ) 100
参考文献
图 3 窑体内表面黑度对传热增加率的关系 Fig. 3 Relation between emissivity of interior wall of furnace and percentage of increa sing heat flow
+
εw
( Tw ) 100
4
+ φεm
(1
-
εf )
(1
-
εw )
( Tm ) 100
4
εw + φ(1 - εf ) (1 - εw) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
Εσ0
=
σ(
Tw ) 100
4
;α2
=
Aw
4
Tw2 -
T0
+
εw0σ[
(
Tw2 100
·6 ·
中 国 陶 瓷
1999 年第 5 期
AA′( 1T0f0) 4 + BB′( 1T0w0) 4 - CC′( 1T0m0) 4 εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
+ qconv
(4) 式中 :AA′, BB′, CC′分别表示为 : AA′=εfεm [1 + φ(1 - εm) (1 - εf ) ] ; BB′=εmεw (1 - εf ) ; CC′=εm [φεf (1 - εw) (1 - εf ) +εw (1 - εf ) +εf ] ;
Ξ 收稿日期 : 1999 - 02 - 02 ΞΞ 胡昌盛 ,男 ,44 岁 ,副教授 ,主要从事热工理论与计算机应用 ;孟华现在山东酒精总厂工作
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
在火焰黑度为 014 ,被加热物体的表面温度为 1523 ( K) ,火焰温度为 1693 ( K) ,窑体内表面黑度为 017 ,被加 热物体的表面黑度为 018 ,废气的流速为 200m/ s ,An 取 619 ,d ,取 012 ,窑炉的窑体对物料的角系数的影响采用 (4) ～ (7) 进行计算机模拟 , Fig11 是窑体的热阻为 110 (m2 ℃/ W) 。Fig. 2 是是窑体的热阻为 210 (m2 ℃/ W) 火焰 空间系统对物料的传热增加率随着窑体内表面黑度的变 化关系 。从 Fig. 1 可以看出 ,在窑体的热阻一定时 ,随着 黑度的增加 ,火焰空间向物料的传热呈增加趋势 ,窑体黑 度每增加 011 ,火焰空间向物料的传热增加 2 ‰,Fig. 2 是 热阻为 210 (m2 ℃/ W) 时的火焰空间系统向物料的传热随 窑体内表面黑度的变化关系 。从图上可以看出 ,热阻从 图 1 的 110 (m2 ℃/ W) 变化到图 2 的 210 (m2 ℃/ W) ,火焰空 间系统向物料的传热并没有明显的变化 。窑体热阻 110 (m2 ℃/ W) 与 210 ( m2 ℃/ W) 相比较 , 窑体内表面黑度从 015 变化到 110 ,热阻 210 (m2 ℃/ W) 比 110 (m2 ℃/ W) 增加 2 ‰。由此可以看出 ,热阻大于 110 (m2 ℃/ W) 后 ,热阻对 窑体内表面黑度的变化不是明显的 。
( Tw ) 100
4
-
σC
(
Tm ) 100
4
εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
+ qconv
(2)
式中 : qconv = hf ( Tf -
Tm)
;
hf
=
An
W00. 8 d10. 2
式中 , w0 , d1 , hf , An 为烟气流速 、烟气的流通当量直径 、
图 1 窑体内表面黑度对传热的影响 Fig. 1 Relation between emissivity of interior wall of furnace and percentage of increa sing heat flow
3 计算机模拟及结果分析
311 热阻对涂料在火焰空间系统向物料传热的作用
料的黑度 ; Tw , Tf , Tm —分别为窑体内表面的温度 , 火焰的温度 , 物
料的温度 ; φ—窑体对受热物体的角系数 ; qfmnet —火焰向物料的净辐射热流 ; σ—斯蒂芬一玻尔兹曼常数 。
考虑到火焰的对流换热 ,式 (1) 可以写成 :
qfmnet =
σA
( Tf ) 100
4
-
σB
Fig. 4 是热阻为 110 (m2 ℃/ W) , qnet1 和 qnet2 分别是有 对流存在 (废气流速为 100/ m/ s) 和无对流存在时的火焰 空间系统对物料的净辐射热流量与窑体内表面黑度的关 系 ,从图 4 可以看出 ,净辐射换热随窑体内表面黑度的增 加而降低 。在计算中还发现 ,在对流存在时 ,窑体的散热 损失随黑度的增加而降低 ,而在无对流存在时 ,窑体的散 热随窑体内表面黑度的增加而增加 (很小) ,这是因为 :在 有对流传热存在时 ,窑体内表面的温度随窑体内表面黑 度的增加而降低 ,无对流传热存在时 ,窑体内表面温度随 窑体内表面黑度的增加而增加 。 314 高温高辐射涂料应用条件分析
对流换热系数和流体种类系数 。公式 (1) 是火焰直接向
物料的净辐射热流 ; 火焰空间向物料的传热不但包含火
焰直接向物料的辐射传热 , 还应包括窑体内表面向物料
的间接传热 。窑体内表面向物料的间接净辐射传热量
为: qwmnet = σ·
A′( 1T0f0) 4 + B′( 1T0m0) 4 - C′( 1T0m0) 4 εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εω)
)
Tw2 - T0
4
]
α2 为窑体外表面的对流辐射换热系数 , T0 为环境温度 ,
Tw2为窑体外表面温度 ,Aw 为位置系数 ε, w0为窑体外表面
系数 λ, i δ, i 分别为第 Ⅰ层的导热热阻和厚度 ,联立 (4) -
(7) 式 ,通过迭代可以确定在窑体热阻存在时高温高辐射
涂料在窑炉火焰空间系统中所起的作用 。
窑体表面向内传递的热量为 :
q
=
1 - εw εw
Jw +hf NhomakorabeaEb0 ( Tf
-
Tw)
(6)
q=
Tw - T0
∑λδii
+
1 α2
(7)
式中 Jw 为有效辐射 ,其表达式为 : Jw =σ·
[εf (1 - εw)
+ φεf (1 - εf )
(1 - εw)
(1 - εm)
]
(
Tf ) 100
4
εw + φ(1 - εf ) (1 - εw) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
关键词 : 窑炉 ; 数学模型 ; 综合传热 ; 计算机模拟 中图分类号 : TQ17416 + 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 9642 (1999) 05 - 0005 - 03
1 引 言
高温高辐射涂料是否节能 ,在理论上一直没有得到 解释 ,作者通过热平衡理论 ,导出了在窑体参与传热的物 料受热方程 ,由于该方程没有考虑对流传热和窑体热阻 的影响 ,所以结论是在窑体内表面涂以高温高辐射涂料 不节能的结论 ,但作者发现 ,当考虑窑体内表面对流传热 时 ,却发现在窑体内表面涂以高温高辐射涂料却节约能 量 。本文将详细研究高温高辐射涂料节能的应用条件 , 以求对应用起到指导作用 。
第 35 卷第 5 期 1999 年 10 月
中 国 陶 瓷 CHINA CERAMICS
Vol . 35 No. 5 Oct . 1999
高温高辐射涂料对窑炉火焰空间系统传热影响的研究 Ξ
胡昌盛ΞΞ 王 毅 孟 华
(山东轻工业学院 ,济南 250100)
摘 要 : 本文研究了高温高辐射涂料对窑炉火焰空间系统的传热的影响 ,对高温高辐射涂料的应用环境进 行了研究 。
式 (4) 就是作者导出的关于火焰窑炉系统传热数学 模型 。体现了窑体内表面黑度 、内表面温度 、火焰黑度和
温度 、被加热物体的黑度和温度 、窑体对加热物体角系
数 、对流传热对火焰空间系统传热的影响 , 如果已知式 (4) 右边的参数就可以计算出火焰空间系统对受热物体 的净传热量 ,这就是火焰空间系统传热的新的计算公式 。 事实上 ,窑内表面的温度是不容易获得的 ,而一般容易知 道窑体的热阻 ,在知道窑炉的热阻后 ,通过迭代法确定窑 炉内表面的温度 ,最后算出火焰空间系统向物料的净辐 射热量 。而方程 (4) 窑体热阻的影响并没有体现出来 , 因 此 ,需要补充两个方程 。
第 35 卷第 5 期
胡昌盛等 高温高辐射涂料对窑炉火焰空间系统传热影响的研究
·7 ·
312 废气流速对涂料在窑炉火焰空间系统向物料传热 中的作用 Fig. 3 中 ,废气流速为 20m/ s ,将窑体的热阻固定为
110 (m2 ℃/ W) ,图 3 与图 1 相比 ,可以看出 ,废气的流速越 大 ,窑体内表面黑度对火焰空间系统向物料的传热影响 也就越大 。在废气流速较低时 ,如图 3 (废气流速为 20/ s) ,窑体内表面黑度由 015 增加到 1 ,火焰空间系统向物 料的传热才增加 2 ‰,一般窑体内部采用的耐火材料其 黑度不低于 0175 ,如果不从改善窑体的气密性考虑 ,窑体 内表面涂以高温高辐射涂料意义不大 。 313 对流对涂料在火焰空间系统辐射传热中的影响
图 2 窑体内表面黑度对传热的影响 Fig. 2 Relation between emissivity of interior wall
of furnace and percentage of increa sing heat flow
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
(3) 式中 A′, B′, C′分别表示为 : B′=εf (1 - εf ) (εm - εw) ; B′=εw (1 - εf ) [εw +εf (1 - εw) ] ; C′=εm (1 - εf ) [εw +εf (1 - εw) ] ; 火焰空间系统向物料的净传热的总热流量为 : qfnet = qfmnet + qwmnet + qconv =σ·
图 5 分析了高温高辐射涂料应用的条件 ,如果火焰 空间废气流速和窑体热阻是在 1 区域 ,高温高辐射涂料 可以应用 ,并能产生节能效果 ,若废气流速和窑体热阻在 2 区域 ,就不能采用高温高辐射涂料 。在此区域采用高 温高辐射涂料将增加能耗 。
图 4 窑体内表面黑度对辐射热流的影响 Fig. 4 Relation between emissivity of interior wall of furnace and percentage of increa sing heat flow
4
-
σB
Tω ( 100)
4
-
σC
(
Tm ) 100
4
εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) [1 - (1 - εf ) (1 - εm) ] +εf (1 - εw)
(1) 式中 : A =εf (εw +εf (εm - εw) + φεm (1 - εw) (1 - εf ) ) ; B =εfεw (1 - εf ) (1 - εm) ; C =εfεm (εw + φ(1 - εw) (1 - εf ) +εf (1 - εw) ) ; εw ,εf ,εm —分别为窑体内表面的黑度 ; 火焰黑度 , 受热物
2 火焰空间系统传热基本计算公式
作者认为 ,物料的受热不但包括火焰向物料的辐射 传热和对流传热 ,还应包括窑体内表面向物料的传热 ,三 者之和应是物料在火焰空间中所接受的热量 ,作者已经 推出火焰空间系统向物料的净传热计算公式 ,火焰向物 料的净辐射传热为 :
qfmnet =
σA
( Tf ) 100