第二章:传热基本原理
研究热处理炉内传热的基本任务是解决如何把电或燃料产生的热量有效的传递给工件和如何减少炉子的热损失问题。本章围绕此问题,简单的介绍了:1)几种传热的基本方式;2)各种传热方式传热量的计算方法;3)设计和使用热处理炉常遇到的传热问题的计算方法和数据;4)热处理炉内热交换的过程、特点和热处理炉的节能途径。
§21基本概念:一、三种基本的传热方式:热处理炉内的传热过程虽然比较复杂,但传热方式不外乎传导传热、对流传热、辐射传热三种,热处理炉内的传热是由这几种传热方式组成的综合传热过程。1、传导传热
定义:温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间的热能传递过程。本质:通过物体中的微粒在热运动中的相互振动或碰撞实现动能的传递,如气体和液体通过分子的热运动和彼此碰撞实现热能的传递,金属则是通过电子的自由运动和原子的振动实现热能的传递。
2、对流传热
定义:流体在流动时,通过流体质点发生位移和相互混合而发生的热量传递。在工程上,对流传热主要发生在流动的流体和固体表面之间,当两者温度不同时,相互间所发生的热量传递,一般称对流换热和对流给热。在对流换热过程中,既有流体质点之间的导热作用,又有流体质点位移产生的对流作用,因此,对流换热同时受导热规律和流体流动规律的支配。
3、辐射传热
辐射:高于热力学零度的任何物体不停向外发射粒子(光子)的现象。辐射不需任何介质。辐射传热:物体间通过辐射能进行的热能传递过程。如系统中有两个或两个以上温度不同的物体,它们会同时向对方辐射能量并同时吸收投射于其上的辐射能,某物体的辐射换热量为该物体吸收的辐射能量与该物体向外放射的辐射能量之差。可见,辐射传热过程存在辐射能转化为热能和热能转化辐射能的能量转化过程。
二、温度场与温度梯度1、温度场
温度场是描述物体中温度分布情况的,它是空间坐标和时间坐标的函数。如果物体的温度沿空间三个坐标方向都有变化,则该温度场称为三向温度场;如物体的温度仅沿空间坐标的一个方向有变化,则称该温度场为单向温度场。如果物体各点的温度不随时间而变化,则称该温度场为稳定温度场。稳定温度场中的传热为稳定态传热,如长时间横温后的炉壁的传热。如果物体各点的温度随时间的变化而变化,则称该温度场为不稳定态稳定场。不稳定态温度场中的传热为不稳定传热,如升温时炉壁的传热。
2、温度梯度
等温面:温度场内同一时刻具有相同温度各点连接成的面r