热工设备原理与设计复习参考.docx

第一章 筑炉材料1.1坩埚渗碳炉的内衬一般选用哪种耐火材料？为什么？答：炉内使用耐热钢坩埚，高碳气氛不与炉体接触，此时可不选用抗渗碳砖1.2保护气氛加热炉一般选用哪种耐火材料作为内衬？为什么？答：保护气氛加热炉，一般选用抗渗碳砖作为内衬保护气氛加热炉，是进行光亮加热 的，其气氛不是高碳气氛，CO+H2的含量只有约5%左右虽然CO+H2的含量很低，但仍 然会和砖中的Fe2O3等杂质反应，生成CO2、H2O等这样一来，势必增加炉内氧化气氛的 含量而且由于co+h2本身就很少，氧化性成分一旦增加，有可能不能保证光亮加热的效 果保护气氛加热炉，应该采用抗渗碳砖1.3有中温箱式炉、推杆式炉和渗碳炉三台设备，问其内衬材料应如何选择？为什么？答：中温箱式炉：周期式作业炉，应选用轻质砖、耐火纤维等因为经常反复加热，蓄 热是主要热损失，必须减少，提高加热速度推杆式炉：连续作业炉，蓄热不是主要问题，因为一直处于高温状态，长期工作，则使 用寿命应重点考虑为此，一般要选用重质砖渗碳炉：可控气氛炉，要选择抗渗碳砖1.4比热容的概念是什么？该指标有什么作用？答：比热容（热容量）用Cp表示，单位为kJ/kg・°C，指1kg物质温度升高1°C所需的 热量。

Cp是反映材料蓄热能力的一个指标，通常Cpff蓄热能量f，对于耐火材料，Cp越 小越好1.5热导率的作用是什么？它主要和哪些因素有关？答：热导率入表示材料导热的能力，通常：入f，则导热能力强一散热量大热导率的大小，除了和材料的矿物组织有关外，主要取决于制品的气孔率对同样材料， 如果气孔多而小，且分布均匀，则其热导率入就低热导率的大小也和温度有关，左a+bt， 对大多数耐火材料，tf-入f，但也有些制品，如镁砖（炼钢炉用），碳化硅制品等，正好 相反1.6抗渗碳砖的实质是什么？为什么这种砖能用于高碳气氛中？答：实质：抗渗碳砖是指Fe2O3等杂质含量小于1 %的高铝砖、粘土砖高碳气氛主要 是CO+H2，在高温下，这些气氛与Fe2O3等杂质反应产生的破坏效果不明显1.7说明耐火材料的耐急冷急热性能指标及其评定方法答：将重质耐火材料试样（标准砖）（230X113X65）加热至850°C，然后在流动水中 冷却，（若是轻质耐火材料则加热至1000°C，然后在静止空气中冷却），如此反复进行加热、 冷却，直至试样脱落部分重量为原重量的20%为止，所经受的反复加热、冷却的重复次数， 作为耐急冷急热性能指标。

耐急冷急热性主要取决于材料，好的达几百次，差的只有几次1.8耐火材料的实际使用温度能否达到其耐火度数值，为什么？答：耐火度不能代表耐火材料的实际使用温度因为在高温下承受载荷时，耐火材料的 软化变形温度要降低，故耐火材料的实际允许最高使用温度比其耐火度低1.9 Fe-Cr-Al电热元件通常用哪种耐火材料作搁砖？为什么？答：粘土砖对Fe-Cr-Al电热元件有腐蚀作用，不能用作搁砖电热元件搁砖，要求绝 缘，选择高铝砖1.10耐火度的定义是什么？耐火度大于多少度的材料才能称为耐火材料？答：耐火度是耐火材料抵抗高温作用的性能，指耐火材料在高温下抵抗熔化的性能通 常，耐火材料的耐火度＞1580°C，耐火材料也可据此定义1.11为什么普通粘土砖不能砌筑马弗渗碳炉，而抗渗碳砖则可以？答：渗碳炉中可控气氛主要是co+h2,在高温下，这些气氛不可能将粘土砖中的主要 成分Al2O3、SiO2还原，但是却可以和粘土砖中的杂质Fe2O3反应形成的渗碳体很硬很脆，使用时很容易剥落，从而造成炉体破坏另外，由于Fe2O3还原，砖内变得疏松，C原 子容易进入砖内，而造成膨胀，这样也可能造成炉体破坏但是抗渗碳砖中Fe2O3等杂质含量小于1%，这些气氛和砖中的杂质反应所产生的破坏 效果不明显。

1.12耐火材料的高温结构强度一般用什么指标评定？该指标如何测试？答：高温结构强度一般用荷重软化点来评定荷重软化点测试方法：试样直径中36mm，高50mm，在荷重2kg/cm2压力下，置于炉 中加热，加热速度是：W800 °C时，为W100 °C/min；＞800 °C时，为4〜5 °C/min测 定两个变形温度：试样压缩0.3mm或4%时的温度称为荷重软化开始温度；试样压缩20mm 或40%时的温度称为荷重软化终止温度第二章传热理论2.1何为传导传热？何为对流传热？它们之间的差别是什么？答：传导传热又称为导热，是指物体之间存在着温差时，热量由物体中温度较高的部份 传至较低的部份；或由一个温度较高的物体传给与之接触的低温物体的传热过程对流传热指依靠流体的运动，把热量从一处传递到另一处的现象导热的特点：（1）物体各部分之间不发生宏观的相对位移；（2）对于几个物体之间的导 热，必须相互接触；（3）导热在固体、液体、气体中均可进行对流传热的特点：（1）有物质宏观运动存在；（2）流体与固体接触2.2辐射换热的概念？它有哪些特点？答：辐射传热是由电磁波传递热量的过程辐射传热的特点：（1） 不需要传热物体或质点的直接接触；（2） 热量交换的同时，伴随有能量形式的转化;（3）热量交换具有双向性。

即辐射热交换，既可以从高温向低温进行，也可以由低温 向高温进行2.3简要说明温度梯度的概念？答：沿温度变化率最大方向，温度变化率的最大值称为温度梯度，用符号gradt表示2.4推导单层平壁炉墙的导热公式，推导空心球体的导热公式？答：1、单层平壁炉墙的导热：已知：炉墙厚度为S；内、外表面温度分别为t1、t2；内、外表面面积相等：F ^=F外= Fmm2；炉墙热导率为入dt在平壁上x处取一个厚度为dx的薄层分析：Q = ~^—/ F分离变量：dt =Lt1积分:所以：实际应用时，Q • dx「…dt = JS dx人F 0Q = ^~^2(W)IF注意两个问题：dxQ cQ • SIFt — tq=亍i(W/m2)（1）实际炉墙的耐火材料和保温材料的热导率入并非常数t ^T tI =I +b • t =I +b • —2 Q = 0 均 0 2 ，实际炉墙内％外表面积不同2 =——2 • F均均(2)t q = %SIf均F ^外 < 2F内4 2-S顼F +FF 总 外均2，F .F • F均 *内 外2、空心球体的导热竺=a仕g（”竺）+ 1 g（si如W）+ - 四］+八对于球坐标系 机 r2 dr dr r2 sin0 8。

80 r2 sin2 0 伽 2 pc稳态导热 欲;=0 ，其中a=k/pc2.5炉衬厚度的计算所答：①确定炉壳表面温度t表 选定表面散热量q；② 计算界面温度，求出各层平均热导率；③ 求炉衬厚度S；根据导热公式推导出S，若假设各层界面面积相等，则可以采用简化 公式计算炉衬厚度确定①贯彻标准化原则，即厚度、宽度和长度均应为砖的整数倍，尤其是厚度 和宽度必须保证②实际设计时，还要考虑砖缝防止跑火一般的热处理炉，砖缝取1〜 2mm，而可控气氛炉砖缝要小于1mm2.6炉墙散热量的计算答：根据具体情况选择导热公式求解2.7高速钢常选择在盐浴炉中加热，为什么？答：盐浴炉中加热，相对于在水，改变了（淬火）介质的成分，利用盐析出时破坏淬火 件的蒸气膜，削弱边界层厚度，5/，u/，Re/，a/，Q/2.8为什么低温炉内常设置搅拌风扇？答：提高空气流速，利用风扇来强制空气高速循环流动，或改变空气的流态，使空气呈 紊流流动u/，Re/，a/，Q/2.9什么是黑体？如何实现？答：若R=0，D = 0，A=1，即射入物体的所有能量全部被吸收，这类物体称为黑体， 或绝对黑体绝对黑体实现方法：在封闭容器上开一小孔，则进入小孔的辐射能经多次反射 过程后，几乎全部被吸收。

此时，称小孔为黑体，而与模型表面吸收率无关2.10简要说明灰体的概念答：若： E=£为定值；土=8为定值；Eb /砍 1 则称该物体为灰体2.11黑体的吸收率A是多少？答：黑体：A=12.12任意物体，其吸收率A和黑度£之间有何关系?答：任意物体的黑度恒等于它的吸收率2.13说明角度系数的概念答：设有任意放置的两个均匀的辐射面F1及F2由F1面直接辐射到F2面上的辐射能Q12与F1面辐射出去的总辐射能Q］之比，称为F1 面对F2面的角度系数，以符号七2表示2.14计算角度系数答：F1面对F2面的角度系数为中12 = /规律：（1）若F1面是平面或凸面，则%］= 0（2） 对于由两个物体表面组成的辐射换热封闭体系，根据能量守恒定律，角度系数之 间存在下述关系：气］+^12 = 1中21 +中22=1（3） 对于任意两个辐射表面:即\2 =乌平212.15计算两个大平面之间的辐射换热量21答：F1表面的面积、黑度、温度为：F］、'、T1；F2表面的面积、黑度、温度为：F2、£2、T2； 该系统的角度系数为“广0气2T 中22=° *T设T1 >T2，将角度系数代入辐射换热通式中，12=C ・|（二）4—4导 I 100 100可得： CC = —0—导1 1 [一 + 一一 1C .「（二 a、 , T 、)4 — (—b- )4.FQ = C -「(T ( n—、 , T 、)4 -(—)4ab100100bn 2 n 21001002.16计算两个大平面之间加隔热屏后的辐射换热量。

「T T答：当有n层隔热屏时，在任意两个平面之间辐射换热公式：4二匕-（茄）4-（城）42Qab在稳定态换热时：Q1a = Qab = 根据合比定律可得：““12,T、 T、(―)4 — (- )4100 1001 1 H +J C/b=Q12C = 5.675式中：1 7 : -11 aF = F = FCab5.6751 1 1一 + — -1 ab• • = F = F = FCn25.6751 1 [一+一- 1£ £n 2若1 a b£ = £ = £ = n2=£ =£ =则1 a bC — C — C —1a ab n2n25.675 八2 .=C导，£Q = C导-(12 n+1TT 二)4-(«)4 100 100.F2.17计算开孔辐射量答：炉墙的开孔辐射，可以看作两个平行的黑体表面之间的热交换还要考虑炉墙对开孔辐射的热射线的遮蔽作用Q = 5.675中12F5 (W)t式中：51 -每小时开启时间比率中'一孔口的遮蔽系数，也称为综合角度系数，* =2.18计算综合传热量答：一、以辐射传热为主的热处理炉TT 二）4-（亳 100 100Q广％.（改变公式的形式，、令：Q =a （t -1 ）.F令： 辐12 ，则：a辐5.6751+中 122八 5.675C = 导(上-1).F+1£11焉)2F145.675(上-1)-£11 1—+ — w £2(1 、—1/ _-1£1(w/m2. C)。