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              熱油爐傳熱原理

              日期:2020-07-07 15:42:28來源:上海久星導熱油股份有限公司
              熱油爐結焦的克星



              1、熱油爐傳熱原理
                    眾所周知,熱油爐靠導熱油傳遞熱量。根據熱力學第二定律,凡有溫差存在的地方就有熱量傳遞,而且熱量自發地從高溫向低溫傳遞。
                    傳遞有三種基本方法,即導熱(傳導)、對流、輻射,本文主要對熱油爐的導熱現象進行論述。
                    導熱是物體各部分無相對位移或不同物體直接接觸時依靠物體分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象,導熱現象一般發生在固體中。在導熱過程中,溫度是物質微觀粒子(分子、電子等)熱運動激烈程度的衡量。溫度越高,微觀粒子運動就愈激烈,其熱運動的能量也愈大;反之,溫度越低,熱運動的能量就愈小。微觀粒子相互碰撞的結果導致了熱運動能量的轉移,在宏觀上就表現為熱量由物體的一部分傳遞到另一部分。
                    不同物態的物質,傳導熱量的微觀粒子及這些微觀粒子傳遞能量的方式是不同的。氣體分子可以作幅度較大的自由運動,因此氣體的導熱主要依靠分子間的相互碰撞。固體中的金屬和非金屬的微觀粒子熱運動也不同,非金屬物質的分子,只有在平衡位置附近振動,分子能量的傳播是依靠分子的振動;金屬結構中有大量的自由電子傳遞。液體的結構介于氣體和固體之間,分子可做幅度不大的位移。此時,熱量的傳遞不僅依靠分子的振動,還依靠分子間的相互碰撞。
                    一般只在密實的固體中,才存在單純的導熱現象。熱量傳遞是由溫度差引起的,因此,導熱過程與物體內部的溫度分布密切相關。
                    傅里葉(J.B.Fourier)導熱方程式[1]指出,導熱的比熱流量q 與溫度梯度成正比。即:

              q=-λ(?t/?n)(W/m2)        (1)

              式中的負號表明,導熱的方向是沿著溫度降低的方向;λ 為導熱系數,它表示沿導熱方向單位長度上溫度降低1 ℃所能通過的比熱流量[W/(m·℃)],即導熱能力。
                    不同的材料,其λ 值不同,即使是同一種材料,導熱系數λ 值還和物質的結構、密度、成分、溫度和濕度有關,在各種影響因素中,溫度與導熱系數的關系尤為密切。在工程計算中,近似地認為導熱系數與溫度呈線性關系:
              λt=λ0+bt (2)
              式中 λt———t(℃)時材料的導熱系數,W/(m·℃);
                     λ0———0 ℃時材料的導熱系數,W/(m·℃);
                     b ———溫度系數,不同材料的b 值由實驗確定,大多數金屬材料的b 為負值。
                    除絕熱材料外,導熱系數的大小,一般按金屬、非金屬、液體及氣體的次序排列。金屬λ 值的范圍是2.3~420 W/(m·℃)。導熱性能好的金屬有較多自由電子,其導熱性也好。金屬中的雜質會影響自由電子的能量傳遞,因此合金中雜質含量越多,λ 值就越小。通常把常溫下λ<0.23 W/(m·℃)的材料用于保溫或隔熱,稱為絕熱材料。
                    熱油爐在使用初期,其爐管是單層圓筒壁。由于長期使用,爐管內壁形成很硬的結焦,根據串聯熱阻的疊加特性,簡化可看作平壁由幾層不同材料組成,其綜合傳熱示意如圖1(詳見《導熱油應用手冊》p84)所示,其比熱流量公式為:

              比熱流量公式

              式中 tf1———平壁左邊熱流體溫度,℃;
                     tf2———平壁右邊冷流體溫度,℃;
                     a1———熱流體與左側壁之間的傳熱系數,W/(m2·℃);
                     a2———冷流體與右側壁之間的傳熱系數,W/(m2·℃);
                     δ ———平壁或結焦的厚度,m;
                     λ ———平壁或結焦的導熱系數,W/(m·℃)


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