热力学公式

电熔镁砂热回收热量引用计算公式说明

本课题主要研究熔坨高温回收利用，众所周知，物体能量传递主要以热传导、对流换热、辐射三种方式进行传递。本课题主要涉及到熔坨自身热传导，气体对物体表面对流换热传导过程。物体能量主要是以物体温度作为表征，其中还有化学能、汽化热能等其它不以温度为表征的能量。在本课题能量传递过程中共涉及到熔坨非稳态导热过程，空气与熔坨间的对流放热过程，热空气与矿石原料对流换热过程和矿石原料加热过程，

一、在热工过程热平衡计算中应用了热力学第一定律（即能量

守恒定律），其表达式根据能量守恒定律得知，熔坨的放

出热量等于空气的得热；热空气放热等于矿石原料的热量

（其中含有矿石原料的分解热），并考虑到系统的热损失。

二、在热量传递过程采用熔坨非稳态热传导（熔坨自身传热）

放热和矿石原料非稳态传到加热计算；空气与熔坨和热空

气加热矿石原料的对流换热计算公式（即牛顿冷却或加热

公式）。

三、任何物质在高于绝对零度的温度下，必然具有热能，其能

量值与物质的比热容、物质质量、物质所具有的温度有关。

据此计算熔坨的总能量，整个放热期间终了时刻的能量。

整个吸热过程终了时刻物质所具有的热能（含化学分解热

能）。根据能量传递过程中的热量计算工序所要求的矿石

原料加热量

四、根据应用能量守恒定律、非稳态传导和对流换热过程的计

算得知。该项目可回收熔坨加工过程中的热能。

本课题采用热力学公式如下：

一、热力学第一定律（能量守恒定律）

基本表达式 Q=⊿U+AW （Kcal）

Q-----------热量（Kcal）吸热取正值，反之取负值

⊿U--------系统的内能变化（Kcal）

A-----------功热当量1/427(Kcal /kgf*m)

W------------物体的膨胀功 kgf*m

二、物体具有的能量

根据任何高于绝对零度物体下所具有的能量得到如下公式：

1、公式Q=Cp*M*T 或 Q=Cp*ρ*V*T (KJ)

该计算公式表征任何高于绝对零度物体下所具有的能量。

2、物体能量变化的计算公式

Q=Cp*M(T2-T1) 或 Q=Cp*ρ*V*(T2-T1) (KJ)

式中 M----物质的重量 Kg

Cp---定压比热容 KJ/Kg*℃ρ---物质的体积密度（kg/m3）

V-----物质的体积 m3

T2----物质的变化后温度℃ T1---物质的初始温度℃

三、熔坨热传导计算，

由于熔坨自身能量随放热时间增加能量减少，属于非稳态热传导，故熔坨放热部分采用计算公式如下：

1、毕渥数 Bi=δ*h/λ无量纲数毕渥数属特征数（准则数）。

1 ）定义式：Bi=δ*h/λ

δ---物体的厚度两面受热取1/2进行计算（圆柱体时为直径的1/2）m h------表面对流换热系数 W / M2 * K

λ------热物体的导热系数 W / M* K

2 ） Bi 物理意义： Bi 的大小反映了物体在非稳态条件下内部温度场的分布规律。

3 ）特征数（准则数）：表征某一物理现象或过程特征的无量纲数。

4 ）特征长度：是指特征数定义式中的几何尺度。

2、傅立叶数

1）定义： Fo表征两个时间间隔（0—τ时刻）相比所得的无量纲时间。Fo =α*τ*3600/δ2 Fo = α*τ*3600/r2

Fo -------无量纲数

α--------物体的导温系数 m2/s

τ--------初始到τ时刻得到热时间 s

δ--------物体的厚度或圆柱体的半径 m

2 ）物理意义：表示非稳态导热过程进行的程度， Fo越大，热扰动就越深入地传播到物体内部，因而物体内各点的温度越接近周围介质的温度。

3、诺谟图

1）、表征1/Bi;Fo;θm/θo=(tm-ti)/(to-ti)三量纲之间随时间变化的关系

to ----物体初始中心温度℃

tm------物体从初始到τ时刻的中心温度。℃

Ti-----物体所处的环境温度℃。

2)、表征1/Bi;Fo;Θw/θm= (tw-ti)/(tm-ti)三量纲之间随时间变化的关系

tw ----物体从0---τ时刻的外表面温度℃

tm------物体从初始到τ时刻的中心温度。℃

Ti-----物体所处的环境温度℃。

3)、表征Bi;Fo*Bi2;Q/Qo 三量纲之间随时间变化的关系

Q--------物体从0---τ时刻的累积放热量

Qo -----物体在初始状态下（以环境温度温度为基准的）温度下的热量

四、热传导中对流换热的过程计算

对流换热计算公式，又称牛顿冷却或加热公式

Q=h*A*⊿T

Q------------吸收或放出的热量

h----------- 物体表面对流换热系数W/M2*K

A------------物体与流体接触的面积M2

⊿T-----------流体和物体的温度差⊿T取值根据热源（冷源）的不同进行取值，

参考资料：

《热工基础》

《传热学》

《高等传热学》