1863_DF-300多层纸复合机组烘干部分设计
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黄河科技学院本 科 毕 业 设 计 (论文) 任 务 书工 学院 机械 系 机械设计制造与自动化 专业 2008 级 机电 2班 学生 尤明飞 学号 080105106 指 导 教 师 邹 景 超 毕业设计(论文)题目 DF-300多层纸复合机组烘干部分设计毕业设计(论文)工作内容与基本要求(目标、任务、途径、方法,应掌握的原始资料(数据)、参考资料(文献)以及设计技术要求、注意事项等)一、设计技术要求、原始资料(数据)、参考资料(文献) 1、年产量为 300万米,按法定工作日,每日单班计算产量。2、烘干后水分不大于 30 .03、纸宽 1190mm,纸厚 0.2mm。参考机械设计、传热计算、加热方法及元件、自动控制、CAD、优化设计等手册、图书、文献等资料。 二、设计目标、任务1、完成机组烘干部分的计算设计工作,绘制装配图、零部件图,折合零号图纸两张以上。2、查阅文献资料 12篇以上,不少于 3000汉子。3、翻译外文科技资料,不少于 3000汉字。4、写摘要,中英文完全对照,中文不少于 3000字。5、完成开题报告。写设计说明书,不少于 8000字。 三、时间安排:1-3 周 初步完成文献综述、开题报告及英文资料翻译,学习掌握一种 CAD软件的各种应用功能,完成毕业设计。4-10 周 完成设备的总体布局设计、计算,用 proE、Autocad 等软件绘制总装图、部装图、典型零件图,编写毕业设计说明书。11-12 周 进一步修改完善毕业设计,教师评审,答辩资格审查,准备毕业答辩。13 周 毕业答辩毕业设计(论文)时间: 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日计 划 答 辩 时 间: 2012 年 5 月 19 日专业(教研室)审批意见:审批人签名:黄河科技学院毕业设计(论文)开题报告表课题名称 DF-300 多层纸复合机组烘干部分设计课题来源 教师拟定 课题类型 AX 指导教师 邹景超学生姓名 尤明飞 专业 机械设计制造及自动化 学号 080105106一、调研资料的准备开题报告内容:(调研资料的准备,设计的目的、要求、思路与预期成果;任务完成的阶段内容及时间安排;完成设计(论文)所具备的条件因素等。 )在毕业设计准备阶段,我们根据导师分配的工作各自去查设计有关的内容,包括图书馆、网上、书店等。我们从中加深了设计内容的了解。在这准备阶段,我翻阅了几十本资料,从中摘录了不少资料以供设计时应用。二、设计目的:设计出一种节能环保、高效率传热的烘干设备。三、设计要求:1、 按法定工作日,每日单班计算产量,年产量为 400 万米。2、 烘干后水分不大于 30%。3、 比较不同加热方式,根据条件选择最佳加热方案。4、 参考机械设计、传热计算、加热方法及元件、自动控制、CAD、优化设计等手册、图书、文献等资料。四、设计思路:1、通过对资料的分析,构思方案;2、通过理论分析对所构思的方案进行设计计算和校核计算;3、在设计和校核计算中出现不足之处进行修改;4、确定设计方案并选出适当的烘干方法。五、预期成果:通过努力,可以设计出一种节能环保、高效率加热的烘干设备,并出零号图纸三张以上和一份设计说明书。六、时间安排:1-4 周 查资料、写文献综述、写开题报告、参观实习。5-8 周 方案论证,对比,计算。9-14 周 绘图,整理设计资料。15-17 周 修改、完善资料,为毕业答辩做准备。18-19 周 毕业答辩。七、完成设计的条件:导师的精心指导,带领参观类似设计的生产线,院提供的机房,网上的资料丰富,图书馆的资料齐全,自己的不懈努力。指导教师签名: 日期:课题来源:(1)教师拟定(2)学生建议(3)企业和社会征集(4)科研单位提供课题类型:(1)A-工程设计(艺术设计)B-技术开发C-软件工程D-理论依据E-调研报告(2)X-真实课题Y-模拟课题Z-虚拟课要求(1) 、(2)均要填,如AY、BX 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 1页1 前 言中国烘干业起步晚,基础薄弱,但发展比较快。工农业和科学技术迅猛发展带动了烘干设备的发展和在市场上的较好表现,烘干设备厂如雨后春笋般发展起来。一些企业起点高,坚持科技发展,为烘干业的发展起到推动作用。但也有投资少、技术含量低的“杂牌军”,以大量低质、低价的设备挤占市场,不仅影响了烘干设备的整体形象,更引起了国内烘干设备价格的“内讧”,出现了好产品卖不出好价位,好产品竞争不过孬产品的现象。科技含量低的产品挤不进大市场,而“经营微利化”更让很多优势企业在市场中毫无优势可言,从而使中国烘干业的整体竞争能力难以得到发挥。此外,烘干技术进步还将扭转目前国内烘干设备的出口局面。目前我国烘干设备尚未形成出口规模,出口量还不及总量的 5%,且主要销往东南亚。但据权威预测,随着技术发展,未来几年内我国出口烘干设备占总产量的比例将由 5%提升至10%,外销市场也将由东南亚拓展到欧美。国内大型烘干设备制造水平与国际水平存在较大差距的局面由此可望改善。目前,我国烘干设备在国内市场占有率已达 80%以上。预计“十五”期间,国产烘干设备在国内市场占有率将达 90%以上,竞争的焦点主要集中在产品质量、技术水平、售后服务和价格方面。今后几年,我国烘干设备需求将在以下领域明显增长在粮食烘干领域中,用于水稻、小麦烘干的小型烘干设备(5t/h 以下),预计年需求量将达到上千台左右;化工用烘干设备年需求量将达到 3000 台左右;制药用烘干设备年需求量将达到 3000 台左右;农林土特产品烘干设备年需求量将达到 2000 台左右;轻工用烘干设备年需求量将达到 2000 台左右。在烘干设备类型上,将以热风加热烘干设备、真空烘干设备为主,其他诸如远红外线烘干设备、微波烘干设备等特殊领域的用户也将逐步扩大应用数量;在食品、药品烘干方面,对真空冷冻烘干设备中的较大规格烘干机设备需求量将会增加;具有功能组合的设备需求量也将增多;高自动化烘干设备在一些应用领域将受到欢迎。另外,烘干设备外观质量将越来越受到重视,腐蚀性物料烘干设备的耐腐能力和可靠的使用寿命,将会受到用户特别关心。 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 2页国内烘干设备行业发展是挑战与机遇并存。就国内市场而言,由于我国烘干设备行业已经开始进入较成熟的发展阶段,已能够比较好地满足各个领域用户的实际需要,而在价格上只有国外相同产品的三分之一,这使我国烘干设备在市场竞争中比进口设备具有明显的价格优势;另一方面,由于烘干设备体积较大,大多数还涉及现场安装、调试和售后服务等问题,因此对国内用户而言,选用国产设备比选用进口设备更方便。就国际市场而言,我国加入 WTO 后,更有利于烘干设备扩大出口。目前,我国主要出口的烘干设备产品是真空烘干设备,振动烘干设备,中小型粮食、食品及农林土特产品烘干设备,出口的主要地区是东南亚及其他发展中国家,并已打开欧美市场的大门。目前,我国烘干设备出口产品占国产烘干设备的总量尚不到 5%,专家预计十五期间出口产品在国产烘干设备总量中所占比例将达到 10%以上。1 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 3页2 主 题热 量 传 递 有 三 种 基 本 方 式 : 导 热 、 对 流 和 热 辐 射 。 物 体 各 部 分 之 间 不 发 生 相 对位 移 时 , 依 靠 分 子 、 原 子 及 自 由 电 子 等 微 观 粒 子 的 热 运 动 而 产 生 的 热 量 传 递 称 为导 热 。 对 流 是 指 由 于 流 体 的 宏 观 运 动 , 从 而 流 体 各 部 分 之 间 发 生 相 对 位 移 、 冷 热流 体 相 互 掺 混 所 引 起 的 热 量 传 递 过 程 。 物 体 通 过 电 磁 波 来 传 递 能 量 的 方 式 称 为 辐射 。 物 体 会 因 为 各 种 原 因 发 出 辐 射 能 , 其 中 因 热 的 原 因 而 发 出 辐 射 能 的 现 象 称 为热 辐 射 。 根 据 这 三 种 传 热 方 式 的 原 理 , 可 以 做 成 很 多 加 热 设 备 。 由 所 查 阅 的 资 料 ,发 现 有 不 少 可 作 为 烘 干 纸 的 设 备 , 现 在 把 各 种 设 备 的 特 点 和 性 能 述 说 如 下 :2.1 油 加 热 滚 筒用 空 心 滚 筒 内 部 通 一 百 多 度 的 热 油 做 成 加 热 器 , 加 热 效 果 也 很 好 , 物 体 如 纸 张紧 贴 着 滚 筒 外 表 面 通 过 , 滚 筒 和 纸 张 同 步 运 动 , 纸 张 在 饶 过 滚 筒 的 过 程 中 , 就 被加 热 了 。 湿 纸 页 与 滚 筒 接 触 后 ,从 滚 筒 表 面 吸 收 热 量 ,使 纸 的 温 度 升 高 ,部 分 水 分汽 化 ,在 纸 的 内 部 形 成 一 定 的 温 度 梯 度 和 压 力 梯 度 , 在 纸 的 自 由 表 面 水 分 逸 出 。这 种 方 法 比 较 节 能 , 油 是 循 环 使 用 , 而 且 温 度 可 以 达 到 几 百 度 , 如 果 用 恒 温 器控 制 油 的 温 度 , 还 可 以 恒 温 加 热 。2.2 热 辐 射导 流 、 对 流 两 种 热 量 传 递 方 式 只 在 有 物 质 存 在 的 条 件 下 才 能 实 现 , 而 热 辐 射 可以 在 真 空 中 传 递 , 而 且 实 际 上 在 真 空 中 辐 射 能 的 传 递 最 有 效 。 这 是 热 辐 射 区 别 于导 热 、 对 流 换 热 的 基 本 特 点 。 由 热 运 动 产 生 的 电 磁 波 称 为 热 射 线 , 可 分 为 可 见 光及 红 外 线 两 部 分 , 红 外 线 又 可 分 为 近 红 外 、 远 红 外 两 个 区 。 只 要 温 度 高 于 绝 对 零度 , 物 体 就 会 不 断 地 把 热 能 转 变 为 辐 射 能 , 向 外 发 出 热 射 线 , 同 时 , 该 物 体 也 不断 地 吸 收 周 围 物 体 投 射 来 的 热 射 线 , 并 把 吸 收 的 辐 射 能 转 变 成 热 能 。 辐 射 传 热 就是 指 这 些 能 量 转 变 引 起 的 热 量 交 换 2。 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 4页辐 射 加 热 的 特 点 是 : 加 热 快 , 可 以 具 有 方 向 性 , 排 气 损 失 少 , 容 易 满 足 清 洁 加热 的 要 求 等 。 由 于 被 加 热 物 体 的 辐 射 性 , 所 以 如 要 有 效 的 增 强 辐 射 换 热 , 被 加 热物 体 的 投 射 辐 射 能 量 应 尽 量 集 中 在 物 体 吸 收 率 光 谱 的 峰 值 区 , 满 足 这 要 求 就 称 为投 射 辐 光 谱 与 物 体 吸 收 率 相 匹 配 。 有 以 下 方 法 : 1, 正 确 选 择 热 源 材 料 使 其 辐 射物 性 满 足 匹 配 要 求 ; 2, 控 制 热 源 的 温 度 。 3利 用 红 外 线 辐 射 加 热 的 原 理 做 成 的 一 种 加 热 管 也 具 有 很 多 优 点 :远 红 外 石 英 电 加 热 管 ( 一 ) 、 技 术 节 能 原 理SLQ8 乳 白 石 英 远 红 外 辐 射 加 热 元 件 是 采 用 了 经 特 殊 工 艺 加 工 的 乳 白 石 英 玻 璃管 、 配 用 电 阻 合 材 料 作 为 发 热 子 , 由 于 乳 白 石 英 玻 璃 可 以 吸 收 来 自 电 热 丝 辐 射 的几 乎 全 部 的 可 见 光 和 近 红 外 光 、 且 能 使 之 转 化 为 远 红 外 辐 射 。 故 乳 白 石 英 是 一 种转 换 效 率 很 高 的 远 红 外 能 量 的 加 热 元 件 , 它 具 有 优 良 的 远 红 外 辐 射 特 性 。 4通 电 后 , 发 热 合 金 丝 发 射 的 近 红 外 光 和 可 见 光 其 中 95 被 乳 白 石 英 管 所 阻挡 、 吸 收 、 使 管 内 温 度 升 高 产 生 纯 硅 氧 键 的 分 子 振 动 , 辐 射 远 红 线 。 置 使 此95 的 可 见 光 , 近 红 外 光 均 可 转 化 为 远 红 外 光 辐 射 , 波 长 大 于 2.5 微 光 的 远 红外 线 被 称 为 远 红 外 。 远 红 外 加 热 是 指 利 用 波 长 2.525 微 米 辐 射 的 加 热 技 术 。5( 二 ) 、 性 能 与 用 途SLQ8-乳 白 石 英 加 热 元 件 不 用 涂 料 , 辐 射 率 稳 定 、 高 温 不 变 形 、 无 有 害 辐 射 、无 环 境 污 染 、 耐 高 温 、 抗 蚀 能 力 极 高 , 化 学 稳 定 性 好 、 热 惯 性 小 、 热 响 应 速 度 快 、热 转 换 效 率 高 。 加 热 温 度 可 自 行 选 择 、 长 期 使 用 辐 射 性 能 不 退 变 , 结 构 合 理 使 用方 便 。 6SLQ8-乳 白 石 英 加 热 元 件 是 国 内 唯 一 的 选 择 性 辐 射 远 红 外 加 热 元 件 。 用 途 广 泛 、适 用 性 强 。 它 可 广 泛 地 应 用 于 机 电 、 化 学 、 电 子 纺 织 、 印 染 、 塑 料 、 印 刷 、 粮 食 、食 品 加 工 、 医 学 卫 生 、 皮 革 等 加 热 干 燥 , 固 化 脱 水 及 各 类 烘 道 、 烘 房 、 烘 箱 的 加热 设 备 上 。 7( 三 ) 、 主 要 技 术 参 数 :热 响 应 速 度 : 3-5 分 钟 表 面 温 度 : 低 温 度 为 380460 中 温 度 为500580 可 根 据 用 户 要 求 提 高 至 700750 ,或 降 低 到 100300 光 谱 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 5页范 围 : 2.5-6 微 米 ( 有 较 高 辐 射 强 度 ) 光 谱 发 射 系 数 : 0.92( 波 长 为48Um)2.3 用 电 热 膜 做 成 的 加 热 板电 热 膜 技 术 简 介电热膜由聚酯膜、金属发热体(碳膜为导电油墨)、金属载流条经印刷、热压等多道工序制成,通电后,电能通过发热体激发产生热运动,放射出辐射能,达到辐射供暖之效果。在电加热领域延续了一百多年历史的电热丝加热方式受到了新的挑战,当今世界最先进的系列电热膜加热技术,将改写百年加热历史,在绝大部分电热领域替代传统的电热丝。它是用导体和半导体以及通过特殊工艺制造而成。其特点:热效率高、寿命长、终端产品商业附加值高、综合性能好、市场竞争力强。是具有较大发展前景的高科技的前沿技术。89恒 温 干 燥 箱 、 恒 温 干 燥 室 和 红 外 干 燥 通 道 , 过 去 是 用 电 阻 丝 、 电 热 管 、 石 英 红外 电 热 管 加 热 是 线 热 源 , 加 热 不 均 匀 , 升 温 慢 、 效 率 低 , 若 用 红 外 电 热 膜 加 热 是面 热 源 , 可 以 选 择 最 佳 表 面 温 度 , 面 辐 射 升 温 快 , 加 热 均 匀 、 效 率 高 、 节 约 电 能 。红 外 电 热 膜 是 干 燥 箱 等 理 想 的 换 代 热 源 。 10该 电 热 板 的 成 功 开 发 , 结 束 了 长 期 以 来 只 能 用 电 热 丝 作 发 热 体 制 作 电 热 板 的 历史 , 使 电 热 板 的 热 效 率 、 安 全 性 等 整 体 性 能 有 了 很 大 提 高 。 该 系 统 与 其 它 加 热系 统 相 比 较 具 有 明 显 的 优 越 性 , 除 了 初 投 资 较 高 外 , 其 它 各 项 指 标 均 无 特 殊 不 利之 处 。 初 投 资 虽 相 对 较 高 , 但 基 本 免 维 护 , 寿 命 长 , 这 与 其 它 锅 炉 及 系 统 需 经 常维 护 , 维 修 费 用 高 、 寿 命 短 形 成 明 显 的 反 差 。 系 统 具 有 温 度 控 制 装 置 。工 作 原 理 低 温 辐 射 电 热 膜 加 热 系 统 就 是 以 电 热 膜 为 发 热 体 , 配 合 温 控 器 、 导 电 电 路 以及 表 面 装 饰 材 料 组 成 的 加 热 体 系 。 高 温 辐 射 电 热 膜 加 热 系 统 主 要 由 以 下 几 部 分组 成 ( 见 组 成 框 图 ) 11 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 6页图 辐 射 电 热 膜 加 热 系 统 组 成 及 工 作 原 理 框 图其 主 要 工 作 原 理 为 : 由 电 源 开 关 接 出 的 导 线 进 入 室 内 , 与 室 内 设 计 定 位 的 温 控器 相 连 , 温 控 器 引 出 线 通 过 连 接 件 与 电 热 膜 相 接 , 电 流 经 过 导 线 进 入 电 热 膜 , 电热 膜 将 电 能 转 换 成 热 能 , 由 于 电 热 膜 为 纯 电 阻 电 路 , 故 其 转 换 效 率 很 高 , 除 有 很少 一 部 分 线 损 外 , 绝 大 部 分 转 为 热 能 。 电 热 膜 两 侧 分 别 加 装 绝 热 层 和 饰 面 层 。 其中 绝 热 层 是 防 止 热 量 向 另 一 侧 散 失 , 而 饰 面 层 则 由 电 热 膜 加 热 并 将 热 量 直 接 向被 加 热 物 体 加 热 。 122.4 热 泵热 泵 能 使 低 温 热 能 得 到 有 效 利 用 , 达 到 节 约 能 源 、 提 高 能 源 利 用 率 的 目 的 。 运用 于 干 燥 中 , 能 降 低 干 燥 能 耗 、 脱 水 效 果 好 , 较 节 能 , 但 是 要 增 加 额 外 的 设 备 投资 。 13以 上 几 种 加 热 设 备 都 比 较 符 合 要 求 , 要 在 以 后 的 比 较 中 选 择 一 种 最 适 合 本 设 计的 设 备 。 除 了 需 要 用 到 加 热 设 备 外 , 还 需 要 用 到 换 热 设 备 和 隔 热 保 温 技 术 。2.5 换 热 设 备 的 应 用使 热 量 从 热 流 体 传 递 到 冷 流 体 的 设 备 称 为 换 热 设 备 。 在 工 业 生 产 中 , 换 热 设 备的 主 要 作 用 是 使 热 量 由 温 度 较 高 的 流 体 传 递 给 温 度 较 低 的 流 体 , 使 流 体 温 度 达 到工 艺 流 程 上 的 需 要 。 由 于 用 途 、 工 作 条 件 和 物 料 特 性 的 不 同 , 出 现 了 各 种 不 同 形 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 7页式 和 结 构 的 换 热 设 备 。 按 换 热 设 备 热 传 递 原 理 或 产 热 方 式 进 行 分 类 , 可 分 为 以 下几 种 主 要 形 式 : 直 接 接 触 式 换 热 器 、 蓄 热 式 换 热 器 、 间 壁 式 换 热 器 及 中 间 载 热 体式 换 热 器 。 142.6 隔 热 保 温 技 术绝 热 技 术 ( 隔 热 保 温 技 术 ) 对 于 减 少 热 力 设 备 的 热 损 失 、 节 约 能 源 具 有 显 著 经济 效 益 。 保 温 技 术 包 括 : 最 优 保 温 材 料 的 选 择 , 最 佳 保 温 层 厚 度 的 确 定 , 先 进 的保 温 结 构 及 工 艺 , 检 测 技 术 以 及 保 温 的 技 术 经 济 评 价 方 法 等 , 涉 及 面 很 广 。 高 于环 境 温 度 的 热 力 设 备 与 管 道 的 保 温 多 采 用 无 机 的 绝 热 材 料 , 常 用 的 有 : ( 1)多 孔 型 绝 热 材 料 ( 2) 纤 维 型 绝 热 材 料 ( 3) 粒 状 绝 热 材 料 。 这 些 材 料 的 导 热 系 数都 不 会 低 于 同 温 度 下 的 空 气 的 值 , 而 且 在 使 用 中 要 防 止 其 受 潮 变 湿 。2.7 自 动 化 控 制 的 应 用在 此 设 计 中 需 要 用 到 自 动 化 控 制 , 热 工 自 动 化 的 设 计 任 务 在 于 精 心 装 设 一 整 套包 括 检 测 显 示 、 自 动 调 节 、 操 作 控 制 、 信 号 保 护 等 设 备 , 组 成 一 个 完 整 的 检 视 系统 , 以 确 保 机 组 的 安 全 、 经 济 进 行 , 并 为 值 班 人 员 的 劳 动 条 件 提 高 劳 动 生 产 率 创造 必 要 的 条 件 , 内 容 一 般 包 括 以 下 四 个 方 面 : 热 工 检 测 、 自 动 调 节 、 操 作 控 制 、热 工 信 号 、 保 护 及 联 锁 。 简 单 控 制 系 统 是 由 一 个 被 调 量 、 一 个 控 制 量 、 一 个 调 节器 、 一 个 调 节 阀 组 成 的 闭 合 回 路 , 若 有 些 较 难 控 制 的 过 程 , 需 要 改 进 控 制 结 构 、增 加 辅 助 回 路 或 添 加 其 它 环 节 , 组 成 复 杂 控 制 系 统 , 如 串 级 控 制 、 前 馈 控 制 、 比值 控 制 、 多 变 量 解 耦 控 制 等 。 15 2.8 其 它在 设 计 中 材 料 的 选 择 也 是 不 可 忽 视 的 。 因 为 材 料 选 择 的 合 理 性 , 直 接 关 系 到 生产 的 安 全 可 行 性 , 生 产 效 益 也 与 设 计 材 料 的 选 择 有 着 不 可 分 割 的 关 系 。 当 然 , 材料 选 择 是 一 方 面 , 结 构 设 计 的 合 理 性 , 也 是 十 分 重 要 的 。 设 计 结 构 合 理 , 需 要 考 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 8页虑 多 方 面 因 素 。 设 计 中 的 连 接 也 很 重 要 , 生 产 的 每 一 个 零 件 每 一 部 分 都 需 要 连 接使 整 个 生 产 融 为 一 体 , 使 整 个 生 产 合 理 顺 畅 的 生 产 、 高 速 、 高 效 , 对 安 全 问 题 也有 贡 献 。 有 的 联 接 紧 固 件 也 是 必 需 的 , 紧 固 件 的 选 择 与 设 计 也 是 相 当 繁 琐 , 它 不但 关 系 到 生 产 也 直 接 影 响 着 安 全 。 在 这 里 我 一 再 提 到 安 全 问 题 , 希 望 其 他 的 同 学也 来 共 同 关 注 这 一 问 题 。 我 们 应 尽 量 减 少 隐 患 , 生 产 效 率 与 效 益 的 提 高 必 须 是 在安 全 生 产 的 前 提 下 进 行 的 。 16由 于 设 计 中 不 可 避 免 的 要 画 工 程 图 及 零 件 图 , 同 时 在 公 差 与 配 合 过 程 中 更 是 相当 烦 琐 , 需 要 考 虑 多 方 面 的 因 素 , 从 而 确 定 公 差 、 形 位 公 差 等 。 同 时 资 料 中 也 为机 械 传 动 提 供 了 参 考 的 内 容 , 在 整 个 设 计 中 不 可 避 免 要 用 到 紧 固 件 以 及 电 动 机 、减 速 器 等 , 可 以 说 以 上 内 容 在 资 料 中 都 可 参 考 甚 至 应 用 。 由 于 需 要 翻 阅 的 英 文 资料 专 业 性 很 强 , 一 定 会 有 不 了 解 的 词 , 因 此 需 要 借 助 此 英 汉 双 解 现 代 机 械 制 造 技术 词 典 , 从 而 使 设 计 能 尽 可 能 达 到 设 计 任 务 的 要 求 。 17 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 9页3 总 结由 上 述 加 热 方 法 的 比 较 可 以 发 现 : 滚 筒 油 加 热 和 电 热 膜 加 热 板 加 热 比 较 适 合 纸张 的 烘 干 , 如 果 把 它 们 结 合 起 来 , 则 效 果 会 更 好 。 即 纸 张 涂 胶 后 走 过 来 时 , 首 先经 过 一 个 大 直 径 的 滚 筒 加 热 , 加 热 时 顺 便 滚 压 一 次 , 然 后 再 经 几 级 电 热 膜 加 热 板 ,烘 干 结 果 就 比 较 理 想 了 。 具 体 需 要 几 级 加 热 板 还 需 经 过 计 算 才 能 确 定 , 还 有 滚 筒的 直 径 、 油 的 温 度 、 加 热 板 的 长 度 、 温 度 都 需 要 经 过 计 算 才 能 确 定 。 黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 10页参 考 文 献1 周 开 勤 , 唐 蓉 城 , 杨 景 蕙 .机 械 设 计 师 实 用 手 册 .天 津 : 科 学 技 术 出 版 社 ,1995.2 郑 本 伟 .汉 语 双 解 现 代 机 械 制 造 技 术 词 典 .褡 裢 出 版 .3 胡 宗 武 , 等 .非 标 准 机 械 设 备 设 计 手 册 .北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 出 版 ,2002.4 沈 从 周 .机 械 设 备 安 装 手 册 .中 国 建 筑 出 版 社 出 版 .5 陈 来 九 .热 工 过 程 自 动 调 节 原 理 和 应 用 .水 利 电 力 出 版 社 , 1982, 第 一 版 .6 高 国 权 .动 力 和 热 力 设 备 节 能 技 术 .烃 加 工 出 版 社 .7 余 其 铮 .辐 射 换 热 原 理 .哈 尔 滨 工 业 大 学 出 版 社 , 2000, 第 一 版 . 8 任 泽 霈 , 蔡 睿 贤 .热 工 手 册 .机 械 工 业 出 版 社 .9 杨 世 铭 , 陶 文 栓 .传 热 学 .高 等 教 育 出 版 社 , 第 三 版 .10 汤 学 忠 .热 能 转 换 与 利 用 .冶 金 工 业 出 版 社 , 第 二 版 .11 江 红 辉 .节 能 技 术 实 用 全 书 下 卷 .科 学 技 术 文 献 出 版 社 .13 庄 骏 , 张 红 .热 管 技 术 及 其 工 程 应 用 .化 学 工 业 出 版 社 , 第 一 版 .14 06-55E6( B) 传 感 器 与 传 动 装 置 B 辑 2001 V01.B73-B75EACH, N01-315 机 械 工 程 师 学 会 报 B 英 93-94, 206-20816Modest MF.Radiative heat transfer. NewYork:McGraw-Hill,1993 17Edwards DK.Radiation heat transfer notes. New York: Hemisphere ,1981毕业设计(论文)文献综述院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 尤 明 飞指 导 教 师 邹 景 超2012 年 03 月 10 日毕业设计(论文)文献翻译院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 王 鹏指 导 教 师 邹 景 超2012 年 03 月 10 日 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 1页1传 热 学Mary Saunders at U.S. Department of Commerce, InternationalTrade Administration, Capital Goods and InternationalConstruction, Rm. H-2001B, Washington, D.C.传 热 学 是 一 门 试 图 预 测 物 体 间 因 温 差 而 可 能 发 生 能 量 转 移 的 科 学 , 热 力 学 指 出 :这 种 能 量 转 移 被 定 义 为 热 。 传 热 学 不 仅 试 图 说 明 热 量 怎 样 才 能 转 移 , 而 且 试 图 预 测在 某 些 特 定 条 件 下 发 生 这 种 热 交 换 的 速 率 。假 设 一 根 钢 棒 放 入 一 桶 水 中 冷 却 , 以 此 为 例 来 说 明 热 力 学 和 传 热 学 所 涉 及 的问 题 的 性 质 是 不 同 的 。 热 力 学 可 用 来 预 测 钢 棒 和 水 的 最 终 平 衡 温 度 , 热 力 学 不 会 告诉 我 们 要 达 到 这 一 平 衡 状 态 需 要 多 少 时 间 , 也 不 会 告 诉 我 们 钢 棒 在 达 到 这 种 平 衡 状态 前 经 过 一 定 时 间 后 的 温 度 是 多 少 , 传 热 学 可 用 来 预 测 钢 棒 和 水 两 者 随 时 间 而 变 化的 温 度 。通 过 传 导 、 对 流 和 辐 射 这 三 种 方 式 中 的 一 种 或 几 种 都 可 能 产 生 热 转 移 。经 验 证 明 , 当 一 物 体 中 存 在 温 度 梯 度 时 , 能 量 会 从 高 温 区 向 低 温 区 转 移 。 我 们就 说 热 量 通 过 传 导 而 转 移 , 单 位 面 积 的 传 热 率 与 法 向 温 度 梯 度 成 正 比 。大 家 知 道 , 一 块 热 的 金 属 板 放 在 风 扇 前 要 比 放 在 静 止 的 空 气 中 冷 却 得 快 。 我 们就 说 , 热 能 因 对 流 而 散 失 。 可 以 称 这 一 过 程 为 对 流 传 热 。 对 流 是 一 种 比 传 导 简单 得 多 的 物 理 过 程 。 因 为 对 流 只 不 过 是 一 股 热 流 体 从 一 处 到 另 一 处 的 实 际 流 动 。上 述 能 热 的 传 导 和 对 流 是 通 过 介 质 转 移 的 , 与 此 不 同 , 热 能 也 可 以 转 移 到 完全 真 空 的 地 方 , 这 种 传 热 过 程 是 电 磁 辐 射 , 换 句 话 说 , 辐 射 传 热 是 一 种 不 同 的物 理 过 程 电 磁 能 的 传 播 过 程 。传 热 的 三 种 基 本 方 式传 热 有 三 种 基 本 方 式 : 传 导 、 对 流 和 辐 射 。 所 有 三 种 传 热 方 式 可 同 时 发 生 ,考 虑 一 下 在 某 种 特 定 情 况 下 传 热 的 各 个 方 式 是 必 要 的 。传 导 是 热 从 物 体 的 一 部 分 传 递 到 同 一 物 体 的 另 一 部 分 , 或 从 一 物 体 传 递 到 用 物理 方 式 与 之 相 接 触 的 另 物 体 上 , 而 不 产 生 物 理 分 子 明 显 的 取 代 。 热 传 导 系 数 随 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 2页2温 度 而 变 化 , 但 并 非 总 是 同 一 方 向 。 杂 质 , 特 别 是 金 属 中 的 杂 质 , 能 产 生 热 传导 的 系 数 差 从 50%-70%。 工 程 师 必 须 牢 记 在 应 用 热 传 导 时 , 传 导 并 不 是 热 传 递的 惟 一 方 法 , 特 别 对 于 液 体 和 气 体 , 辐 射 和 对 流 更 为 重 要 。对 流 是 在 流 体 ( 气 体 或 液 体 ) 内 部 , 由 于 把 液 体 的 一 部 分 和 另 一 部 分 混 合 , 使热 从 一 点 传 递 到 另 一 点 。 在 自 然 对 流 中 , 流 体 的 移 动 完 全 是 由 于 温 度 不 同 引 起 密 度不 同 的 结 果 。 在 强 制 对 流 中 , 流 动 是 由 机 械 作 用 产 生 的 , 当 强 制 速 度 相 对 较 低 时 ,密 度 和 温 度 差 导 对 “自 然 对 流 ”的 因 素 起 重 要 的 影 响 。 在 工 业 生 产 中 所 遇 到 的 传热 大 多 数 情 况 是 热 由 一 个 流 体 传 递 到 另 一 流 体 上 。辐 射 通 过 空 间 借 助 热 波 运 动 , 把 热 从 一 个 物 体 传 递 到 另 一 物 体 上 , 而 物 体 之 间不 相 接 触 。 所 有 物 体 都 能 以 电 磁 波 的 形 式 形 成 辐 射 热 能 。 物 体 中 以 热 的 形 式 呈 现 出来 的 才 是 被 吸 收 的 部 分 。1 热 传 导热 传 导 是 在 接 触 的 物 体 间 , 能 量 高 的 物 质 分 子 将 热 量 传 递 给 临 近 的 能 量 低 的 分子 的 一 种 能 量 传 递 方 式 。 固 体 、 液 体 以 及 气 体 中 均 能 发 生 热 传 导 。 在 气 体 与 液 体 中 ,热 传 导 缘 与 于 物 质 分 子 无 规 则 运 动 导 致 的 碰 撞 及 扩 散 。 在 固 体 中 , 热 传 导 是 由晶 格 点 分 子 的 振 动 所 致 , 能 量 以 自 由 电 子 的 方 式 传 递 。 例 如 , 放 置 在 温 暖 的 房间 内 的 一 罐 冷 饮 料 , 由 于 热 量 通 过 铝 罐 从 室 内 空 气 传 递 给 饮 料 , 饮 料 会 逐 渐 变暖 , 最 终 达 到 室 温 。介 质 的 导 热 率 由 介 质 的 几 何 形 状 、 厚 度 、 材 料 性 质 以 及 介 质 两 边 的 温 差 决 定 。气 体 的 热 传 导 机 理 较 为 简 单 。 气 体 分 子 的 动 能 由 起 温 度 决 定 , 因 而 , 高 温 区分 子 的 速 度 高 于 低 温 区 分 子 的 速 度 。 分 子 不 断 地 作 连 续 的 随 机 运 动 , 互 相 碰 撞 ,交 换 能 量 和 动 量 。 气 体 分 子 的 这 种 随 机 运 动 与 气 体 中 温 度 梯 度 的 存 在 与 否 无 关 。当 分 子 从 高 温 区 向 低 温 区 运 动 时 , 其 动 能 也 随 即 传 给 了 系 统 的 低 温 部 分 , 这 种能 量 的 转 移 通 过 与 低 能 量 分 子 的 碰 撞 来 完 成 。在 相 同 的 温 度 下 , 不 同 物 质 的 导 热 系 数 不 同 。 总 之 导 热 系 数 与 温 度 密 切 相 关 。气 体 的 导 热 系 数 应 由 其 温 度 决 定 。液 体 的 热 传 导 物 理 机 理 本 质 上 与 气 体 的 相 同 , 但 因 为 液 体 分 子 在 空 间 上 更 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 3页3为 接 近 , 且 分 子 力 场 对 碰 撞 过 程 中 能 量 交 换 的 影 响 强 烈 , 所 以 液 体 中 的 热 传 导情 况 更 为 复 杂 。热 量 在 固 体 中 传 导 有 两 种 方 式 : 晶 格 点 的 振 动 与 自 由 电 子 的 运 动 。 在 电 的良 导 体 中 , 大 量 的 自 由 电 子 在 物 质 的 晶 格 点 结 构 中 运 动 。 就 象 这 些 电 子 携 带 着 电荷 一 样 , 它 们 也 能 将 热 能 从 高 温 区 带 向 低 温 区 。 这 与 气 体 中 没 什 么 两 样 。 事 实 上 ,这 些 自 由 电 子 也 常 被 称 作 电 子 气 。 另 外 , 能 量 也 可 通 过 物 质 晶 格 结 构 的 振 动 来传 递 。 然 而 , 这 种 方 式 传 递 的 能 量 一 般 不 如 自 由 电 子 传 递 的 能 量 多 。 鉴 于 这 一原 因 , 电 的 良 导 体 通 常 也 是 好 的 导 热 体 , 像 铜 、 铝 、 银 等 。 另 外 , 电 绝 缘 体 也 通 常是 热 绝 缘 体 。2 对 流对 流 是 一 种 由 流 体 流 动 引 起 的 传 热 方 式 。 人 们 经 常 可 观 察 到 一 个 受 热 表 面 的 存在 使 周 围 静 止 的 空 气 运 动 这 一 现 象 , 例 如 , 可 利 用 这 种 效 果 , 使 人 工 煤 火 焰“摇 曳 ”。 由 于 电 灯 泡 加 热 而 流 动 的 空 气 被 用 于 使 一 个 小 型 螺 旋 桨 旋 转 , 通 过 不断 地 让 灯 光 一 明 一 暗 , 以 达 到 所 需 的 效 果 。 另 外 , 如 果 灯 泡 要 用 来 照 明 而 不 是 装 饰 ,并 且 它 周 围 的 空 气 流 动 不 太 明 显 , 那 么 它 将 因 发 热 表 面 附 近 空 气 的 流 动 而 冷 却 下 来 ,空 气 流 动 不 是 以 辐 射 换 热 方 式 带 走 热 能 ( 其 实 是 电 灯 泡 发 热 量 的 绝 大 部 分 ) 而 是 以扩 散 的 方 式 把 热 量 传 递 给 更 冷 的 物 体 。 处 于 重 力 场 中 的 空 气 由 于 浮 力 源 于 发 热 表 面受 热 空 气 与 其 周 围 温 度 较 低 的 空 气 间 的 密 度 差 , 空 气 的 温 度 较 低 , 其 密 度 较 大 。如 果 由 热 引 起 的 浮 力 传 热 量 不 够 , 可 进 一 步 运 用 机 械 手 段 , 如 风 扇 , 加 强 流 体的 流 动 。 这 种 传 热 方 式 的 传 热 率 不 再 决 定 于 周 围 流 体 密 度 的 变 化 , 而 主 要 决 定 于 风扇 对 发 热 表 面 空 气 的 驱 动 程 度 , 即 驱 动 风 扇 的 实 际 动 力 。由 流 体 温 差 导 致 容 积 或 密 度 发 生 变 化 而 引 起 的 流 体 流 动 所 产 生 的 传 热 叫 自 然 或自 由 对 流 , 它 是 一 种 很 常 见 的 传 热 方 式 , 正 如 其 名 字 “自 然 ”所 蕴 涵 的 意 义 一样 。 然 而 , 浮 力 是 与 流 体 相 关 的 一 种 物 理 性 质 , 我 们 将 会 看 到 , 它 也 是 流 体 合 成 运动 的 一 种 阻 力 。 因 此 自 然 对 流 的 换 热 率 通 常 不 受 人 工 控 制 , 而 主 要 取 决 于 流 体 的 性质 。相 反 , 由 机 械 手 段 , 如 风 扇 引 起 的 流 体 运 动 所 产 生 的 传 热 率 完 全 受 人 工 控 制 , 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 4页4因 而 这 种 传 热 方 式 被 称 为 强 制 对 流 。 作 为 一 种 极 重 要 的 传 热 方 式 , 它 广 泛 运 用 于 整个 技 术 领 域 , 从 耗 费 数 万 马 力 使 气 体 循 环 来 冷 却 核 反 应 堆 到 用 帽 子 冷 却 茶 水 都 是 这样 的 范 例 。如 果 一 个 受 热 物 体 通 过 这 两 种 方 式 中 的 任 一 种 冷 却 , 就 可 以 发 现 温 度 随 时 间 的变 化 呈 指 数 形 式 , 并 且 逐 渐 趋 近 于 环 境 平 衡 值 。在 对 流 过 程 中 , 能 量 将 通 过 稳 定 边 界 层 的 热 传 导 ( 分 子 扩 散 ) 与 质 量 传 递 携 带的 焓 值 ( 涡 流 扩 散 ) 进 行 传 递 。 一 般 的 流 动 系 统 可 分 为 三 个 区 域 :1、 流 底 层 层 流 产 生 于 其 中 的 薄 层 , 主 要 是 分 子 的 扩 散 运 动 。2、 冲 区 层 流 底 层 与 湍 流 中 心 之 间 的 层 面 。 分 子 扩 散 与 涡 流 扩 散 都 很 显 著 。3、 湍 流 中 心 带 流 动 呈 完 全 湍 流 态 的 中 心 区 域 。 涡 流 扩 散 是 能 量 传 递 的 主 要 方 式 。在 对 流 换 热 中 , 流 体 沿 温 度 梯 度 流 动 传 递 热 量 , 将 更 高 能 量 的 分 子 从 高 温 点 移向 低 温 点 。 因 此 , 对 流 换 热 主 要 限 存 于 流 体 ( 气 体 或 液 体 ) 中 。 可 将 其 分 为 两 类 :1、 强 制 对 流 , 由 外 力 保 持 流 体 的 流 动 。2、 自 然 对 流 , 热 量 传 递 产 生 密 度 差 , 并 最 终 导 致 流 体 流 动 。我 们 主 要 关 注 自 然 对 流 。3 热 辐 射热 辐 射 是 一 种 有 限 温 度 下 的 物 质 发 射 出 的 能 量 , 尽 管 我 们 主 要 关 注 固 体 表 面 的辐 射 , 但 气 体 和 液 体 也 会 产 生 辐 射 。 不 管 物 质 的 形 态 如 何 , 辐 射 均 可 归 因 于 原 子 或分 子 中 电 子 的 改 变 。 辐 射 场 能 量 通 过 电 磁 波 ( 或 光 子 ) 传 递 。 热 传 导 与 对 流 传 递 能量 要 有 传 递 介 质 存 在 , 而 辐 射 则 不 然 。 实 际 上 , 辐 射 换 热 在 真 空 中 最 有 效 。热 辐 射 与 有 限 温 度 下 物 质 的 能 量 发 射 率 相 关 。 此 刻 , 热 辐 射 可 来 源 于 你 四 周 所有 物 体 , 包 括 家 具 , 房 间 的 墙 壁 ( 如 果 你 在 室 内 ) ; 地 面 、 建 筑 物 、 大 气 和 太 阳( 如 果 你 在 室 外 ) 。 辐 射 的 机 理 与 组 成 物 质 的 大 量 电 子 的 振 动 或 转 移 所 引 起 的 能 量释 放 相 关 。 这 些 电 子 的 振 动 受 制 于 物 质 的 内 能 , 也 就 是 物 质 的 温 度 。 因 而 , 我 们 认为 热 辐 射 与 物 质 内 部 的 热 激 条 件 有 关 。物 质 的 所 有 形 态 都 能 产 生 辐 射 。 对 气 体 和 半 透 明 固 体 , 如 高 温 下 的 玻 璃 与 盐 晶 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 5页5粒 , 辐 射 是 一 种 容 积 现 象 , 即 有 限 容 积 的 物 质 产 生 的 辐 射 , 是 整 个 容 积 里 各 局 部 辐射 的 综 合 效 应 。 然 而 , 本 文 关 注 的 情 况 中 辐 射 是 一 种 表 面 现 象 。 在 大 多 数 固 体 和 液体 中 , 内 部 分 子 的 辐 射 大 部 分 被 邻 近 分 子 吸 收 , 因 此 固 体 或 液 体 的 辐 射 是 离 物 质 外表 面 1 m 处 的 分 子 所 发 射 的 能 量 。 鉴 于 此 , 固 体 或 液 体 在 邻 近 气 体 或 真 空 中 的 辐射 可 视 为 一 种 表 面 现 象 。辐 射 换 热 的 重 要 特 点 之 一 在 于 其 换 热 量 与 温 度 的 关 系 。 辐 射 传 递 的 能 量 不象 热 传 导 与 流 换 热 那 样 , 近 世 有 不 同 位 置 温 差 的 一 次 方 决 定 , 它 与 物 体 间 温差 成 4 次 或 5 次 方 关 系 。 很 显 然 , 高 温 时 辐 射 换 热 很 剧 烈 ; 因 此 , 辐 射 是许 多 燃 烧 系 统 的 主 要 换 热 方 式 。辐 射 的 重 要 性 已 在 许 多 物 理 系 统 中 得 到 了 体 现 。 许 多 高 温 系 统 中 , 如 工 业标 准 火 焰 和 煤 燃 烧 器 中 , 必 须 要 是 当 考 虑 烟 气 ( 二 氧 化 碳 和 水 蒸 气 ) 与 固 体 颗粒 ( 粉 尘 , 炭 粒 , 煤 灰 及 烟 灰 ) 的 辐 射 。确 定 气 体 与 固 体 颗 粒 混 合 物 的 有 效 辐 射 量 与 吸 收 量 分 析 这 些 系 统 热 量 传 递 的 中心 问 题 。 在 另 外 的 一 些 系 统 , 如 硫 化 床 燃 烧 器 中 , 辐 射 是 流 化 介 质 与 浸 入 其中 的 换 热 管 之 间 的 主 要 换 热 方 式 。 再 者 , 在 太 阳 能 利 用 系 统 的 分 析 与 设 计 ,特 别 是 在 空 气 太 阳 能 收 集 器 中 , 辐 射 与 别 的 换 热 方 式 想 结 合 对 强 化 传 热 起 着 重 要 作用 。 此 外 , 在 气 候 模 拟 中 , 大 气 辐 射 也 很 重 要 。 空 气 中 的 多 种 气 体 , 加 上 水滴 与 悬 浮 微 粒 , 能 吸 收 与 分 散 辐 射 ; 大 气 成 分 与 悬 浮 微 粒 的 辐 射 模 拟 构 成 了气 候 模 拟 的 基 础 。 在 水 产 业 -藻 类 的 生 长 中 , 可 以 发 现 辐 射 换 热 另 一 个 令 人 感兴 趣 的 方 面 。 藻 类 吸 收 并 释 放 太 阳 辐 射 , 在 池 塘 中 形 成 了 温 室 效 应 。 因 此 , 需 要 仔 细 分 析 辐 射 换 热 与 获 得 最 佳 的 藻 类 生 长 状 态 。尽 管 已 对 辐 射 换 热 的 各 方 面 做 了 许 多 工 作 , 但 仍 有 大 量 亟 待 解 决 的 问 题 。 美 国 最 近 举 行 了 一 个 辐 射 换 热 研 讨 会 , 鼓 励 有 相 同 兴 趣 的 高 校 研 究 人 员 与 企 业 和政 府 实 验 室 的 科 学 家 进 行 交 流 。 研 讨 会 的 主 题 包 括 对 表 面 , 气 体 与 固 体 颗 粒 的辐 射 特 性 的 基 础 研 究 , 以 及 许 多 系 统 中 的 辐 射 换 热 分 析 。在 大 多 数 实 际 情 况 下 , 要 得 到 辐 射 换 热 和 能 量 平 衡 方 程 的 精 确 解 , 从 而得 出 吸 收 与 发 射 介 质 中 温 度 分 布 与 热 流 量 , 还 需 要 付 出 相 当 大 的 努 力 。 已 采取 了 几 种 方 法 减 少 这 种 分 析 的 复 杂 性 。 如 果 只 需 要 确 定 封 闭 容 器 内 的 等 温 气 体对 容 器 壁 的 辐 射 量 , 使 用 平 均 光 束 长 度 的 概 念 可 大 大 简 化 计 算 量 。 实 际 上 , 封 闭 容 器 内 的 等 温 气 体 几 乎 是 不 等 温 的 , 因 而 必 须 采 用 更 复 杂 的 方 案 , 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 6页6如 区 分 法 等 。 在 某 些 情 况 下 , 当 要 考 虑 气 体 特 性 与 容 器 表 面 特 性 的 变 化 时 , 采 用 Monte Carlo 方 法 更 合 适 。吸 收 与 发 射 介 质 的 辐 射 换 热 相 对 容 易 理 解 一 些 , 但 当 散 热 是 研 究 重 点 时 , 问 题会 变 得 更 复 杂 。 目 前 , 我 们 正 在 努 力 开 发 更 有 效 地 解 出 吸 收 、 发 射 与 散 射 介 质 的 换热 方 程 的 方 法 。 假 设 散 射 是 各 向 同 性 的 , 已 获 得 了 一 些 解 方 程 的 技 巧 , 包 括 傅 立 叶变 换 、 幂 级 数 展 开 以 及 源 函 数 展 开 等 。 为 得 到 更 加 近 似 的 散 射 特 征 , 在 许 多 分 析 中要 假 设 散 射 是 各 向 异 性 的 。 我 们 用 一 种 称 为 光 学 路 径 长 度 的 方 法 , 而 不 是 球 谐 波 方法 或 微 分 近 似 来 解 决 一 般 的 非 灰 与 各 相 异 性 散 射 问 题 ; 该 方 法 的 基 础 就 是 确 定 在 恒定 的 散 射 介 质 中 , 所 有 光 子 可 能 的 路 径 长 度 , 然 后 计 算 吸 收 换 热 量 。迄 今 为 止 , 换 热 方 程 的 精 确 解 只 局 限 于 一 维 情 况 。 为 应 用 于 实 际 系 统 , 必 须 将这 些 分 析 方 法 向 多 维 系 统 推 广 。 另 一 方 面 , 在 工 程 系 统 中 , 还 需 要 发 展 简 单 的 分 析法 和 有 效 的 数 值 方 法 来 计 算 换 热 量 。辐 射 和 其 他 换 热 方 式 的 相 互 作 用在 吸 收 发 射 介 质 中 , 辐 射 同 热 传 导 与 对 流 在 许 多 实 际 情 况 下 会 发 生 相 互 作用 , 与 单 独 的 辐 射 换 热 相 比 , 联 合 换 热 方 式 会 导 致 额 外 的 数 学 复 杂 性 。 这 些 问 题 的能 量 方 程 通 常 是 非 线 性 积 分 微 分 方 程 。 由 于 混 合 换 热 方 式 本 身 的 复 杂 性 , 我 们 常 常不 能 得 到 方 程 解 析 解 , 得 到 的 往 往 是 数 值 解 。在 燃 烧 系 统 中 , 由 于 高 温 介 质 的 存 在 , 辐 射 换 热 是 一 种 重 要 的 能 量 传 递 模 式 。流 化 床 的 诸 多 应 用 涉 及 到 流 化 介 质 与 浸 没 在 其 中 的 换 热 管 道 的 之 间 的 同 时 发 生 的 辐射 与 热 传 导 换 热 。 对 流 与 辐 射 的 联 合 换 热 也 出 现 在 许 多 物 理 系 统 中 , 例 如 : 在 预 混合 的 流 动 气 体 中 , 用 金 属 板 与 金 属 棒 稳 定 火 焰 ; 固 体 或 液 体 燃 料 在 氧 化 剂 流 中 燃 烧 ;飞 行 器 重 新 返 回 大 气 层 的 烧 蚀 换 热 保 护 。 这 些 都 涉 及 到 边 界 层 热 效 应 与 辐 射 换 热 的相 互 作 用 。 对 流 -辐 射 的 联 合 方 程 的 积 分 微 分 性 质 使 求 解 成 为 一 项 艰 巨 的 任 务 。 求解 技 巧 最 近 采 用 了 方 条 排 列 法 , 取 得 了 很 大 的 成 功 。 目 前 考 虑 的 是 如 何 把 这 种 方 法推 广 到 层 流 边 界 层 中 更 复 杂 的 燃 烧 辐 射 气 体 动 力 学 上 。带 有 相 变 的 辐 射 换 热 也 是 一 个 基 础 研 究 感 兴 趣 的 问 题 , 其 典 型 的 应 用 包 括 利 用太 阳 能 融 化 冰 块 , 水 晶 的 形 成 与 熔 化 以 及 铀 燃 料 的 凝 固 等 。 带 有 部 分 熔 化 的 两 相 区 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 7页7位 于 固 态 与 新 的 熔 融 态 之 间 , 其 出 现 要 归 因 于 由 内 部 热 辐 射 引 起 的 内 部 的 熔 化 或 凝固 。 这 个 两 相 区 的 存 在 导 出 了 一 个 广 泛 适 用 于 熔 化 与 凝 固 问 题 的 新 的 数 学 描 述 。其 他 的 相 变 问 题 涉 及 到 辐 射 受 控 凝 结 , 例 如 , 在 假 想 的 反 应 器 核 裂 变 中 , 由 辐射 冷 却 而 形 成 的 铀 氧 蒸 汽 混 合 雾 。 我 们 已 发 现 , 从 高 温 可 凝 结 混 合 物 到 相 对 较 冷 的边 界 , 雾 的 形 成 与 辐 射 的 复 合 效 应 是 一 种 非 常 有 效 的 换 热 模 式 。 因 此 , 需 要 对 带 有相 变 的 辐 射 换 热 展 开 许 多 实 验 与 分 析 研 究 。 HEAT TRANSFERMary Saunders at U.S. Department of Commerce, International Trade Administration, Capital Goods and International Construction, Rm. H-2001B, Washington, D.C. 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 8页8Heat transfer is that science which seeks to predict the energy thansfer which may take place between material bodies as a result of a temperature difference. Thermodynamics teaches that this energy transfer is defined as heat. The science of heat transfer seeks not only to explain how heat energy may be transferred, but also to predict the rate at which the exchange will take place under certain specified conditions.As an example of the different kinds of problems which are deat with by thermodynamics and heat transfer , consider the cooling of a hot steel bar which is placd in a pail of water. Thermodynamics may be used to predict the final equilibrium temperature of the steel bar water combination. Thermodynamice will not tell us how what long it takes to reach this equilibrium condition or what the temperature of the bar will be after a certain length of time before the equilibrium condition is attained. Teat transfer may be used to predict the temperature of both the bar and the water as a function of time.Heat transfer may take place by one or more of three modes condion, convection, and radiation.When a temperature gradient exists in a body, experience has shown the there is an energy from the high-temperature region to the low-temperature region. We say that the engergy is transferred by conduction and that the heat-transfer rate per unit area is proportional to the normal temperature gradient.It is well known that a hot plate of metal will cool faster when placed in front of a fan than when expoesed to still air. We say that the heat is conveced away and we call the process convection heat transfer. Convection is a much simpler physical process than conduction since it merely consists of the actual motion of a volume of hot fluid from one place to another.In contrast to the mechanisme of conduction and convection, where energy transfer through a material medium is involved, heat may also be transfer into regions where a perfect vacuum exists. The mechanism in this 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 9页9case is electromagnetic radiation. In other works, radiation heat transfer involves a different physical mechanism-that of propagation of electromagnetic energy.Three Fundamental Types of Heat TransferThere are three fundamental types of heat transfer: convection and radiation. All three types of heat transfer may occur at the same time, and it is advisable to consider the heat transfer by each type in any particular case.Condion is the thansfer of heat from one part of a body to another part of the same body, or from one body to another in physical contact with it, without appreciable displacement of the particles of the body. Thermal conductivity varies with temperature but not always in the same direction . Impurity , especially in metals , can give rise to variations in thermal conductivity of from 50 to 75 percent . in using thermal conductivities , the engineer should remember that conduction is not the sole method of transferring heat and that , particular with liquids and gasses , radiation and converction may be much more important .Converction is the transfer of heat from one point to another within a fluid , gas or liquid , by the mixing of one portion of the fluid with another . In nautural convection , the motion of the fluid is entirely the result of difference in density resulting from temperature difference ; in forced convection , the motion is produced by mechanical means . When the forced velocity is relatively low , it should be relized that “free convection ” factors , such as density and temperature difference , may have an important influence , in the majority of heat-transfer cases met in indurstrial practice , heat is being transferred from one fluid through a solid wall to another fluid .Radiation is the transfer of heat from one to another , not in contact 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 10页10with it , by means of wave motion through space , all materials radiate thermal energy in the form of electromagetic waves . When this radiation falls on a second body it may be partially reflected , transmitted , or absorbed . It is only the fraction that is absorbed that appears as heat in the body . 1 ConductionConduction is the transfer of energy from the more energetic particles of a substance to the adjacent less energetic ones as a result of interactions between the particles. Conduction can take place in solids, liquids, or gases. In gases and liquids, conduction is due to the collisions and diffusion of the molecules during their random motion. In solids, it is due to the combination of vibrations of the molecules in a lattice and the energy transport by free electrons. A cold canned drink in a warm room, for example, eventually warms up to the room temperature as a result of heat transfer from the room to the drink through the aluminum can by conduction.The rate of heat conduction through a medium depends on the geometry of the medium, its thickness, and the material of the medium, as well as the temperature difference across the medium.The mechanism of thermal conduction in a gas is a simple one. We identify the kinetic energy of a molecule with its temperature; thus, in a high-temperature region, the molecules have higher velocities than in some lower-temperature region. The molecules are in continuous random motion, colliding with one another and exchanging energy and momentum. The molecules have this random motion whether or not a temperature gradient exists in the gas. If a molecule moves from a high-temperature region to a region of lower temperature, it transports kinetic energy to the lower-temperature part of the system and gives up this energy through collisions 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 11页11with lower-temperature molecules.Different materials have different typical values of thermoconductivity under the same temperature. In general, the thermal conductivity is strongly temperature-dependent. Therefore the thermal conductivity of a gas should be dependent on temperature.The physical mechanism of thermal-energy conduction in liquids is qualitatively the same as in gases; however, the situation is considerably more complex since the molecules are more closely spaced and molecular force fields exert a strong influence on the energy exchange in the collision process.Thermal energy may be conducted in solids by two modes: lattice vibration and transport by free electrons. In good electrical conductors a rather large number of free electrons move about in the lattice structure of the material. Just as these electrons may transport electric charge, they may also carry thermal energy from a high-temperature region to a lower-temperature region, as in the case of gases. In fact, these electrons are frequently referred to as the electron gas. Energy may also be transmitted as vibrational energy in the lattice structure of the material. In general, however, this latter mode of energy transfer is not as large as the electron transport, and for this reason good electrical conductors are almost always good heat conductors, viz., copper, aluminum, and silver, and electrical insulators are usually good heat insulators.2 ConvectionThis is the mode of heat transfer which is the consequence of the motion of a fluid. It is commonly observed that the presence in otherwise stationary atmospheric air sets the air in motion-an effect that is used, for instance, to produce the flicker in artificial coal fires. The air 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 ( 文 献 翻 译 ) 第 12页12set in motion by the transfer of heat from an electric bulb is used to rotate a small propeller which, by continually interrupting the light, produces the required effect. Also, light bulbs which are primarily intended to illuminate rather than decorate, and where are air motion is not so manifest, are cooled by the consequent movement of the air initially adjacent to the hot surface which carries the thermal energy not transferred by radiation-in practice by far the greater proportion-to cooler bodies for dissipation. The motion of the air arises from the buoyancy forces in the earths gravitational field which are due to the differences in density between the heated fluid on the hot surface and the cooler, and therefore denser, surrounding fluid. When the rate at which heat is transferred by thermally induced buoyancy forces is inadequate, it is a natural further step to enhance the fluid motion mechanically, say, by a fan. The heat transfer rate is then not controlled by the density changes in the fluid but largely by the rate at which it can be forced over the hot surface; that is, in effect, by the power available to drive the fan.The transfer of heat through the motion induced by the natural volume or density changes associated with temperature difference in a fluid is known as natural or free convection. It is a very commonly occurring mode of heat transfer, as indeed the name implies. However, the buoyancy forces are a consequence of the physical properties of the fluid concerned, as also, as we shall see, is the resistance to the resultant fluid motion. Thus rates of heat
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