1、熱油爐傳熱原理
      眾所周知,熱油爐靠導(dǎo)熱油傳遞熱量。根據(jù)熱力學(xué)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(fā)地從高溫向低溫傳遞。
      傳遞有三種基本方法,即導(dǎo)熱(傳導(dǎo))、對流、輻射,本文主要對熱油爐的導(dǎo)熱現(xiàn)象進(jìn)行論述。
      導(dǎo)熱是物體各部分無相對位移或不同物體直接接觸時(shí)依靠物體分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象,導(dǎo)熱現(xiàn)象一般發(fā)生在固體中。在導(dǎo)熱過程中,溫度是物質(zhì)微觀粒子(分子、電子等)熱運(yùn)動激烈程度的衡量。溫度越高,微觀粒子運(yùn)動就愈激烈,其熱運(yùn)動的能量也愈大;反之,溫度越低,熱運(yùn)動的能量就愈小。微觀粒子相互碰撞的結(jié)果導(dǎo)致了熱運(yùn)動能量的轉(zhuǎn)移,在宏觀上就表現(xiàn)為熱量由物體的一部分傳遞到另一部分。
      不同物態(tài)的物質(zhì),傳導(dǎo)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(yùn)動,因此氣體的導(dǎo)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(yùn)動也不同,非金屬物質(zhì)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(jié)構(gòu)中有大量的自由電子傳遞。液體的結(jié)構(gòu)介于氣體和固體之間,分子可做幅度不大的位移。此時(shí),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(shí)的固體中,才存在單純的導(dǎo)熱現(xiàn)象。熱量傳遞是由溫度差引起的,因此,導(dǎo)熱過程與物體內(nèi)部的溫度分布密切相關(guān)。
      傅里葉(J.B.Fourier)導(dǎo)熱方程式[1]指出,導(dǎo)熱的比熱流量q 與溫度梯度成正比。即:

式中的負(fù)號表明,導(dǎo)熱的方向是沿著溫度降低的方向;λ 為導(dǎo)熱系數(shù),它表示沿導(dǎo)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(dǎo)熱能力。
      不同的材料,其λ 值不同,即使是同一種材料,導(dǎo)熱系數(shù)λ 值還和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、密度、成分、溫度和濕度有關(guān),在各種影響因素中,溫度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系尤為密切。在工程計(jì)算中,近似地認(rèn)為導(dǎo)熱系數(shù)與溫度呈線性關(guān)系:
λt=λ0+bt (2)
式中 λt———t(℃)時(shí)材料的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃);
       λ0———0 ℃時(shí)材料的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃);
       b ———溫度系數(shù),不同材料的b 值由實(shí)驗(yàn)確定,大多數(shù)金屬材料的b 為負(fù)值。
      除絕熱材料外,導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱性能好的金屬有較多自由電子,其導(dǎo)熱性也好。金屬中的雜質(zhì)會影響自由電子的能量傳遞,因此合金中雜質(zhì)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(nèi)壁形成很硬的結(jié)焦,根據(jù)串聯(lián)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(dǎo)熱油應(yīng)用手冊》p84）所示,其比熱流量公式為:

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(cè)壁之間的傳熱系數(shù),W/(m2·℃);
       a2———冷流體與右側(cè)壁之間的傳熱系數(shù),W/(m2·℃);
       δ ———平壁或結(jié)焦的厚度,m;
       λ ———平壁或結(jié)焦的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃)