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稳态综合传热及换热器
冶金工程
冶金工程稳态综合传热计算
实际生产过程中，各种传热方式往往不是单独出现，而是伴随着其他传热方式同时出现。如高温炉壁在空气中的散热以及火焰炉内火焰与物料表面间的传热通常是对流与辐射的联合传热过程；而间壁式换热器的传热过程则是辐射、对流及传导三种传热方式同时进行。习惯上我们把这些实际传热过程称为综合传热。
（一)传热基本方程
对前面介绍的传导、对流及辐射三种传热方式，我们均可用下述方程来描述其传热过程，
Q=KAAt=KA(t!_t2)式中；——单位时间内通过传热面传递的热量，W；A——传热面积，m2；
At——两传热体的温差，显然，热传导过程；对流传热过程；辐射传热过程；称为传热基本方程式。
下面我们以此为基础来分析一些典型的实际传热过程。
(二）设备热损失
冶金生产过程，设备的外壁温度常高于周围环境的温度，因此，热量将由壁面以对流及辐
射两种方式散失于周围环境中。在这种情况下，设备损失的热量就等于对流传热与辐射传热两部分之和。若设备的散热面积为A，设备外壁及周围环境（即空气）的绝对温度和摄氏温度分别为Tw，和T，t，则根据式(1-3-157)，有
由对流散失的热量为： Q+^acAk-t)
因辐射散失的热量为： ％=aRA(t#-t)
(三)通过间壁的传热
通过间壁的传热是一种十分普遍的传热现象，各种换热器内的传热以及高温炉体通过炉壁向外散热都属于此类。
现以流体通过平壁的传热为例推导通过间壁传热的传热方程。
如图1-3-28所示，已知平壁厚度为S，导热系数为\，两侧壁面温度分别为、和、’间壁两侧流体的温度分别为t1和t2，两侧流体与壁面的对流一辐射联合传热系数分别为a'和!t2。该传热过程实际上是热流体1以对流一辐射方式向壁面1传热，壁面1则以导热方式向壁面22导热，壁面2又以对流一辐射方式向冷流体2传热。若两侧壁面面积分别为A1和A〗，间壁的平均导热面积为A，则对各段传热可分别写出下列方程。
值得注意的是，工程上所用管子规格一般是指管子外径。因此，实际当中传热系数多用外表面积表示。且一般情况下，当管壁较薄或管径较大，即豸<2时，可近似取d1!d2，或A1!A2，即可视为平壁处理，故其传热量可近似用平壁的传热方程式计算。
(四）火焰炉炉膛内的传热
在火焰炉炉膛内，热源为火焰或高温炉气，参与热交换过程的物体有炉气、炉墙(炉顶和炉侧墙等）以及被加热或熔化的金属炉料，它们之间不仅存在辐射传热，同时也存在对流传热和导热，使传热过程十分复杂。为了便于研究，在推导传热方程时，通常作出如下假设，这些假设与实践工作情况大体一致：
(1)火焰(或炉气)充满炉膛，其温度与黑度各处均匀，且黑度与吸收率相等；
(2)炉料布满炉底，其表面不能自见，且温度与黑度均匀；
(3)炉墙内表面温度与黑度均匀；
(4)炉气以对流方式传热给炉墙内表面的热量等于炉墙对外散热，且投射到炉膛内表面的辐射热全部返回炉膛，即炉膛本身既不吸收也不失去热量。
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