陶瓷干燥与烧成技术：对流换热的影响

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：对流换热是指流体与固体壁面接触时彼此之间的传热。（二）对流换热系数对流换热系数α是表示流体换热能力大小的物理参数，它的值等于单位时间内流体和固体壁面温度相差1℃时，通过单位面积所传递的热量。由式Q=αS可知，影响对流换热的因素主要有三个：流体与壁面的温差、对流换热系数以及换热面积。这三个因素无论哪个增大，都可以提高对流换热的效果。

对流换热是指流体与固体壁面接触时彼此之间的传热。在流体流动的时候，即使是湍流，在与管道或与其他固体壁面接触的地方，也有一个作为层流流动的边界层，这种边界层的速度很小或者处于静止状态，如图1-3-4所示。热量经过边界层传给壁面，只能用传导的方式，而在边界层以外的流体，处于湍流状态，其传热方式为对流换热。所以，当流体与固体表面接触时，它们相互之间进行的传热过程是很复杂的，既包括对流换热，也包含传导传热。

图1-3-4　流体与固体壁面接触处的流动情况

（一）对流换热的基本定律——牛顿冷却定律

牛顿冷却定律指出，对流换热的热流量与流体和固体壁面之间的温度差成正比，即

式中：tf，tw——分别为流体和固体壁面的温度，℃；

S——传热面积，m2；

α——比例系数，称为对流换热系数，W/（m2·℃）。

（二）对流换热系数

对流换热系数α是表示流体换热能力大小的物理参数，它的值等于单位时间内流体和固体壁面温度相差1℃时，通过单位面积所传递的热量。影响对流换热系数的因素多而复杂，通常采用理论与实验测定相结合的方法来确定。以下是一些特定情况下的对流换热系数的计算公式。(www.chuimin.cn)

1.在窑炉系统中，气体沿着管道做强制流动时，对流换热系数可用下式进行计算：

式中：wn——流体在管道内的标态流速，m/s；

de——管道内直径或内当量直径，m；

An——因流体种类而异的系数，可查表1-3-3。

表1-3-3　在常用温度下某些流体的An值

2.当窑墙、窑顶向外散热时，对流换热系数与窑外空气的自然对流密切相关，其对流换热系数可用下式计算：

式中，Aw为散热面位置决定的系数。当散热面为垂壁时，Aw=2.56；为向上平壁时，Aw=3.26；为向下平壁时，Aw=2.1。

由式Q=α（tf-tw）S可知，影响对流换热的因素主要有三个：流体与壁面的温差、对流换热系数以及换热面积。这三个因素无论哪个增大，都可以提高对流换热的效果。在生产实际中，提高火焰温度，增大流体与制品间的温差；强制流动时，提高流体的流速，以增大对流换热系数；将制品适当稀码，尽可能使每一个面都成为换热面，从而提高换热面积。这些措施都可以达到强化窑内烟气与制品对流换热的效果。

陶瓷干燥与烧成技术：对流换热的影响

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