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传热学的形成与发展

传热学的形成与发展
 经常被称为热科学的工程领域包括热力学和传热学.传热学的作用是利用可以预测能量传递速率的一些定律去补

充热力学分析,因后裔只讨论在平衡状态下的系统.这些附加的定律足以3种基本的传热方式为基础的,即导热、

对流和辐射。 传热学是研究不同温度的物体,或同一物体的不同部分之间热量传递规律的学科。传热不仅是常见

的自然现象,而且广泛存在于工程技术领域。
锅炉的蒸汽产量,防止燃气轮机燃烧室过热、减小内燃机气缸和曲轴的热应力、确定换热器的传热面积和控制热加

工时零件的变形等,都是典型的传热问题。
形成与发展
  传热学作为学科形成于19世纪。在热对流方面,英国科学家牛顿于1701年在估算烧红铁棒的温度时,提出了被

后人称为牛顿冷却定律的数学表达式,不过它并没有揭示出对流换热的机理。   对流换热的真正发展是19世纪

末叶以后的事情。1904年德国物理学家普朗特的边界层理论和1915年努塞尔的因次分析,为从理论和实验上正确理

解和定量研究对流换热奠定了基础。1929年,施密特指出了传质与传热的类同之处。   在热传导方面,法国物

理学家毕奥于1804年得出的平壁导热实验结果是导热定律的*早表述。稍后,法国的傅里叶运用数理方法,更准确

地把它表述为后来称为傅里叶定律的微分形式。   热辐射方面的理论比较复杂。1860年,基尔霍夫通过人造空

腔模拟优良黑体,论证了在相同温度下以黑体的辐射率(黑度)为*大,并指出物体的辐射率与同温度下该物体的吸

收率相等,被后人称为基尔霍夫定律。   1878年,斯忒藩由实验发现辐射率与优良温度四次方成正比的事实,

1884年又为玻耳兹曼在理论上所证明,称为斯忒藩-玻耳兹曼定律,俗称四次方定律。1900年,普朗克在研究空腔

黑体辐射时,得出了普朗克热辐射定律。这个定律不仅描述了黑体辐射与温度、频率的关系,还论证了维恩提出的

黑体能量分布的位移定律。
传热方式
  传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。   热传导是指在不涉及物质转移的情况下,热量从物体

中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部位,或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程,简称导热。  

 热对流是指不同温度的流体各部分由相对运动引起的热量交换。工程上广泛遇到的对流换热,是指流体与其接触

的固体壁面之间的换热过程,它是热传导和热对流综合作用的结果。决定换热强度的主要因素是对流的运动情况。

  热辐射是指物体因自身具有温度而辐射出能量的现象。它是波长在0.1~100微米之间的电磁辐射,因此与其他

传热方式不同,热量可以在没有中间介质的真空中直接传递。太阳就是以辐射方式向地球传递巨大能量的。每一物

体都具有与其优良温度的四次方成比例的热辐射能力,也能吸收周围环境对它的辐射热。辐射和吸收所综合导致的

热量转移称为辐射换热。   实际传热过程一般都不是单一的传热方式,如火焰对炉壁的传热,就是辐射、对流

和传导的综合,而不同的传热方式则遵循不同的传热规律。为了分析方便,人们在传热研究中把三种传热方式分解

开来,然后再加以综合。
发展
  20世纪以前,传热学是作为物理热学的一部分而逐步发展起来的。20世纪以后,传热学作为一门独立的技术学

科获得迅速发展,越来越多地与热力学、流体力学、燃烧学、电磁学和机械工程学等一些学科相互渗透,形成多相

传热、非牛顿流体传热、燃烧传热、等离子体传热和数值计算传热等许多重要分支。   现在,机械工程仍不断

地向传热学提出大量新的课题。如浇铸和冷冻技术中的相变导热,切削加工中的接触热阻和喷射冷却,等离子工艺

中带电粒子的传热特性,核工程中有限空间的自然对流,动力和化工机械中超临界区换热,小温差换热,两相流换

热,复杂几何形状物体的换热,湍流换热等。   随着激光等新的实验技术的引入和计算机的应用,为传热学的

发展提供了广阔前景。

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