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第一篇 传热学基础1

1 概述1

1.1 热量传递的三种基本方式1

1.1.1 热传导1

1.1.2 热对流1

1.1.3 热辐射2

1.2 总传热过程2

2 导热基本定律和稳态导热3

2.1 导热基本定律和热导率3

2.1.1 温度场和温度梯度3

2.1.2 导热基本定律4

2.1.3 热导率4

2.2 导热微分方程和定解条件5

2.2.1 导热微分方程5

2.2.2 导热过程的定解条件7

2.3 一维稳态导热8

2.3.1 通过平壁的导热9

2.3.2 通过圆筒壁的导热11

2.3.3 变热导率13

2.4 接触热阻简介14

3 非稳态导热15

3.1 非稳态导热过程的特点15

3.2 集总参数法16

3.3 内部热阻不可忽略的物体在第三类边界条件下的非稳态导热和诺谟图18

3.3.1 无限大平壁的分析解和诺谟图18

3.3.2 无限长圆柱体的诺谟图21

3.3.3 二维和三维非稳态导热23

4 导热问题数值解法25

4.1 离散化和差商25

4.2 稳态导热问题的数值计算27

4.2.1 内部节点的有限差分方程27

4.2.2 边界节点的有限差分方程28

4.2.3 节点差分方程组的求解31

4.3 非稳态导热问题的数值计算32

4.3.1 内部节点的显示差分方程32

4.3.2 边界节点的显示差分方程32

4.3.3 显式差分格式的不稳定性35

4.3.4 节点方程组求解35

4.4 有限单元法35

4.4.1 单元划分和温度场的离散35

4.4.2 有限单元的总体合成37

4.4.3 不稳定温度场的总体合成39

4.4.4 无内热源平面稳定温度场计算举例40

5 对流传热45

5.1 对流传热概述45

5.1.1 牛顿冷却公式45

5.1.2 影响对流传热系数h的因素45

5.2 边界层理论简介46

5.2.1 流动边界层和热边界层46

5.2.2 边界层对流传热微分方程组48

5.3 相似原理在对流传热中的应用50

5.3.1 相似原理简介50

5.3.2 特征数实验关联式的确定和选用51

5.3.3 对流传热特征数关联式的正确选用53

5.4 单相流体对流传热特征数关联式54

5.4.1 管内强迫对流传热54

5.4.2 外掠物体时的强迫对流传热56

5.4.3 自然对流时的换热58

6 辐射传热60

6.1 热辐射的基本概念60

6.1.1 热辐射的本质60

6.1.2 物体对热辐射的吸收、反射和透过60

6.2 热辐射的基本定律61

6.2.1 普朗克定律61

6.2.2 斯忒藩－玻耳兹曼定律62

6.2.3 兰贝特定律63

6.2.4 克希荷夫定律64

6.3 物体表面间的辐射换热64

6.3.1 两平面组成的封闭体系的辐射换热64

6.3.2 角度系数66

6.3.3 两个任意表面组成的封闭体系的辐射换热68

6.3.4 有隔热板时的辐射换热68

6.4 气体辐射69

6.4.1 气体辐射的特点69

6.4.2 气体的黑度70

6.4.3 气体和通道壁的辐射换热72

6.4.4 火焰的辐射72

第二篇 连铸过程中的热交换72

7 连铸工艺中的热交换74

7.1 连铸机热平衡74

7.1.1 连铸凝固传热的过程及特点74

7.1.2 传热量75

7.1.3 连铸凝固传热特点77

7.2 凝固潜热78

7.2.1 凝固潜热的处理78

7.2.2 温度补偿法78

7.2.3 等效比热法79

7.2.4 热焓法79

8 结晶器中的热交换80

8.1 钢水在结晶器内的凝固与传热80

8.1.1 钢水在结晶器内的凝固过程80

8.1.2 结晶器内的传热过程80

8.2 结晶器内传热模型的建立81

8.2.1 垂直方向散热82

8.2.2 水平方向散热82

8.3 结晶器传热量的计算83

8.3.1 铸坯液芯与坯壳间的传热83

8.3.2 坯壳与结晶器间的传热84

8.3.3 结晶器铜壁与水之间的传热85

8.4 结晶器冷却强度与坯壳厚度的关系86

8.4.1 结晶器内的热平衡87

8.4.2 对流换热系数ht与hw的确定88

8.4.3 计算实例89

9 二冷区的热交换91

9.1 二冷区热平衡91

9.1.1 二冷区传热91

9.1.2 喷雾水滴与铸坯的热交换91

9.1.3 二次冷却水制定原则94

9.1.4 喷淋水滴速度和喷嘴压力96

9.2 连铸机辊子与铸坯传热的研究97

9.2.1 实测温度97

9.2.2 辊子的热载荷98

9.2.3 辊子的热平衡100

9.2.4 计算实例101

10 连铸坯温度场计算实例104

10.1 实际计算工况104

10.2 数学模型的描述104

10.2.1 导热微分方程104

10.2.2 初始条件及边界条件的确定105

10.2.3 物性参数的确定107

10.3 有限元计算结果108

10.3.1 有限元网格的划分108

10.3.2 铸坯在结晶器中温降情况108

10.3.3 铸坯出二冷区的温度分布情况110

10.3.4 实测值与模拟值的比较分析111

10.3.5 铸坯的三维温度场分布云图111

第三篇 热轧过程中热量传递111

11 加热炉内热量传递113

11.1 钢坯的加热过程113

11.2 钢坯的加热工艺制度113

11.2.1 钢坯的加热温度与速度113

11.2.2 钢坯的加热制度与时间115

11.3 炉内的热交换分析119

11.3.1 炉膛内部传热分析119

11.3.2 炉子的热平衡121

11.3.3 热平衡方程和热平衡表123

11.4 钢坯的温度场计算123

11.4.1 预热段124

11.4.2 加热段125

11.4.3 均热段127

12 钢坯在传输过程中的基本传热129

12.1 高压水除鳞与钢坯的对流传热129

12.1.1 一次高压水除鳞129

12.1.2 低压喷水冷却130

12.2 钢坯及中间坯的辐射传热131

12.2.1 钢坯在辊道上传送时的传热131

12.2.2 热流量的计算133

12.2.3 保温罩的热传递133

13 热卷箱内温度变化研究135

13.1 热卷箱内温度变化数学模型135

13.1.1 钢卷导热微分方程的描述135

13.1.2 初始条件及边界条件的确定136

13.1.3 材料的热物理参数及其他相关参数137

13.2 模拟计算中关键问题的处理137

13.2.1 计算模型的确定138

13.2.2 模拟过程参数选择139

13.2.3 数值模拟方案的确定140

13.3 热卷箱内温度场的模拟计算结果与分析141

13.3.1 计算条件的确定141

13.3.2 影响热卷箱内中间坯温度的主要因素147

13.4 现场实际问题分析149

14 轧制过程中的传热151

14.1 粗轧过程中温降及热量损失151

14.1.1 轧件的温降151

14.1.2 轧件的温升152

14.2 精轧过程中温降及热量损失154

14.2.1 精轧过程热量传递特点154

14.2.2 带钢在精轧机组中的温降方程154

14.3 热轧过程温降计算实例156

14.3.1 整个轧制过程中的温降157

14.3.2 成品厚度对轧件温度的影响157

14.3.3 一次高压水除鳞引起的温降159

14.3.4 粗轧段温降160

14.3.5 二次除鳞温降161

14.3.6 精轧段温降161

14.3.7 轧制速度对精轧温降的影响162

14.3.8 水冷换热系数对轧件温降的影响163

14.3.9 不同钢种的模拟值与实测值比较164

15 轧后冷却辊道的温降168

15.1 层流冷却作用168

15.2 层流冷却温度的控制模型169

15.2.1 带钢辐射传热模型169

15.2.2 强迫对流冷却传热模型169

15.2.3 物性参数的确定171

15.3 相变动力学模型172

15.4 带钢层流冷却温度计算实例173

16 钢卷冷却过程的传热分析175

16.1 基本方程175

16.1.1 钢卷的导热微分方程175

16.1.2 边界条件的确定176

16.1.3 钢卷冷却过程中的相变处理176

16.2 对流换热系数h1、h2、h3的确定176

16.2.1 钢卷自然冷却情况176

16.2.2 钢卷强制换热情况177

16.3 径向导热系数的确定178

16.4 钢卷冷却过程的温度场计算实例179

参考文献182