热处理炉

(1)气体沿平面流动时：
9
(2) 气体沿长形工件流动时： a=kvt0.8 (w/(m2·℃)) vt--炉膛内循环空气的实际流速（m/s） K—取决于炉温的系数，由下表得出 也有 a=6.98+3.2vt0.8 (w/(m2·℃))
10
（3）炉气在燃料炉中稳定流动时： a=zvt0.8/d0.2 KlKH20 (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： kl——通道长度l与水力学直径d比值的系数： KH20——炉气中水蒸汽含量的系数：
11
（4）气流在通道内层流流动时： a=5.99λ/d (w/m2) λ——炉气的导热系数(w/(m·℃))。 d——通道的水力学直径。 [例3]：设有一台空气循环电炉，循环空气温
度为500℃，炉内加热轧制金属板，面积为1 m2，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。
12
解：求v0 , 当vt1=5 m/s时 v01=vt·273/（273+500）=0.35vt=0.35×5=1.8m/s 同理：vt2=10 m/s ； v02=3.5 m/s ； vt3=20 m/s ； v03=7.1 m/s 。 设金属表面为轧制表面，代入相应公式：
a1=13.46 w/(m2·℃) ; a2=20.69 w/(m2·℃) ; a3=34.73 w/(m2·℃) 。 ∵q=a(500-100)=400a
质。
3.对流换热机理
（1）对于层流边界层：热量只能靠流体的传导传热
（2）对于紊流边界层:
层流底层中：热量传递为导热。
紊流区：导热及流体质点紊流混合。
（3）对于主流区：取决于主流区流体的流动状态。 4
二、牛顿公式——对流换热计算公式
对流换热的热量与流体和固体表面间的温 差以及两者的接触面积成正比：
Q= a(t1-t2)F (w) ==> q=a(t1-t2) (w/m2) 式中a为对流换热系数，它表明当流体与壁
面间的温差为1℃时，在单位时间内，通过 单位面积的热量。a的大小，反映出对流换 热过程的强弱程度。 Q= (t1-t2)/（1/aF）==>Rt=1/aF
5
三、影响对流换热的因素
（原因：①紊流中层流低层薄，R↓； ②流速高紊流 流体内相对位移大，对流换热激烈a↑。
6
3.流体的物理性质： （1）流体的导热系数：λ↑(Rt↓) →a↑; （2）流体的比热c: c↑→a↑; （3）流体的密度ρ：ρ↑→a↑(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 带的热量，从而加强流体与壁面之间的对流换热。) （4）流体的粘度：粘度大↑→δ↑→R↑→a↓。 4.固体表面的形状、大小、位置
7
Leabharlann Baidu.对流换热系数的确定——实验确定
1.自然对流时的对流换热系数 经验公式：a=A(t1-t2)1/4（w/m2·℃） 炉壁自然对流换热系数与炉壁和空气间的温差t1-t2
成正比；A为系数，对炉墙竖壁为2.56，炉底外壁 为1.63，炉顶外壁为3.26，单位：w/(m2·c1.25)。
8
2.强制对流时的对流换热系数
§3. 对流换热
1
一、对流换热的基本概念与机理：
1.流动边界层 （1）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 0。随着离开壁面的距离增加，其速度迅速增 大。在离壁面δ处流速为流体主流速度的 99%，这个距离δ称为边界层 。
2
（2）雷诺数： Re=vdρ /μ
∴q1=5384w/m2; q2=8276w/m2; q3=13892w/m2 。
注：（1）不同资料介绍的a 值会相差很大。
（2）选用实验公式时，必须注意各公式应用范围
和条件。
13
五.强化炉内对流换热的途径
1.加大换热温差。(但不应超过工件终了温度20∽50℃之间。)
2.提高流体速度：
（1）低温热处理炉：常增设风机 ->提高a↑;加热速度↑;炉 温均匀性↑。
（1）定义：紧贴固体表面的流体温度等于固体表面 温度，而在离固体表面某一δt处，流体温度接近于 主流温度，则厚度为δt的流体层称为热边界层。
（2）注：①在热边界层内温度梯度dt/dy有显著变 化，而在热边界层之外为等温流动区，温度梯度为0。
②热边界层厚度δt不一定等于流动边界
层厚度，它们之间的相互关系主要取决于主流体性
1.流体流动发生的原因： （1）自然对流：V↓→δ↑→R↑→a↓。 （2）强制对流：V↑→δ↓→R↓→a↑ 。 2.流体的流动状态： （1）层流：靠传导，热流方向垂直于流体运动的方向。 （2）紊流：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。 相同条件下：流速高的紊流a > 流速低的层流a。
5．适当缩小横截面，可提高流速v,a↑,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
综合考虑各方面的关系。
14
§4.辐 射 换 热
15
一.基本概念
1.热辐射的本质：物体以电磁波向外辐射能 量（>0k）——>电磁波波长为0→∞（X射线、 紫外线、可见光0.38∽0.76μm、无线电 波）——>热射线为0.1∽100μm——>绝大部 分集中在0.76∽16μm （热处理加热温度范 围内）。
v: 流速(m/s);
d: 管道水力学d=4F/s直径(M);
ρ:流体密度(kg.m3)
μ: 流体粘度(N·s/m2)
管道中：Re<2100 层流；Re>2300 紊流 ； 2100<Re<2300 可能为层流也可能为紊流。
对于空气循环电阻炉和热处理燃料炉中遇到的 气体流动大多属于紊流。
3
2．热边界层：
（2）燃料炉内：提高燃料或火焰喷射速度(可达 100∽200m/s) ；
3.控制流体与受热面积的相对运动方向：
（1）流体垂直冲击受热面积，δ↓→ a↑；
（2）合理布料与适当布置排烟口的位置。
4.增大换热面积：
（1）适当控制装料量；
（2）合理布置工件和装设支架以及增加预热区长度；
（3）设置肋片。