传热学论文
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传热学与机械制造天津工业大学机械工程学院孟祥全1331037008摘要自18世纪30年代发明近代动力机械以来，人类的生产力出现了质的飞跃，生产水平跨上了一个个新的台阶。
随后的蒸汽轮机、内燃机乃至燃气轮机的陆续应用则更使能源的转换和利用技术达到了前所未有的崭新阶段，这个进程至今仍在继续当中。
传热学是研究热量传递规律的一门学科，传热学与机械学科联系紧密[1]。
传热学科的建立与发展、不断完善和提高是与上述过程相伴而行的。
热传递现象更是无时无处不在，它的影响几乎遍及所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。
航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域都在不同程度上应用传热研究的最新成果。
关键词热传递；传热学；机械领域；发展趋势1 传热学1.1 传热学的概念通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，因后者只讨论在平衡状态下的系统。
这些附加的定律是以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。
例如，提高锅炉的蒸汽产量，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，都是典型的传热学问[2]。
1.2 传热学的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最早表述。
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绝对黑体，论证了在相同温度下以黑体的辐射率(黑度)为最大，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绝对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。
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。
1.3 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。
影响对流换热强度的主要因素有流体流动的起因、流动状态、流体物性、流体物相变化、壁面的几何参数等。
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绝对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。
1.4 应用领域热传递现象无时无处不在，它的影响几乎遍及现代所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。
可以说除了极个别的情况以外，很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。
不仅传统工业领域，像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识，而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于应用传热研究的最新成果，并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。
在某些环节上，传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。
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。
这些附加的定律是以三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。
例如，提高锅炉的蒸汽产量，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。
传热学的应用非常广泛，几乎渗透到生活的各个领域，如：传热学在传统机械工业领域和农业机械领域中的应用，传热学在高新技术机械领域中的应用等。
本文将主要介绍其在机械行业的应用。
2 传热学与机械制造传热学是研究热量传递规律的一门学科，而机械设计制造及使用的过程中与传热几乎是形影不离的，我们通过机械设备把其他形式的能量转化成我们需要的运动或者动力，但最终那些能量还是要变成热量散失到环境中去，当然少不了传热学中所讲的三种方式：对流换热、导热和辐射换热。
通过对传热学这门课程的学习，了解了传热的基本知识和理论。
发现传热学是一门基础学科，应用非常广泛，它会解决许许多多的实际问题，更是与机械制造这门学科息息相关。
传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。
传热现象在我们的日常生活中司空见惯，早在人类文明之初，人们就学会了烧火取暖。
随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现，传热研究更是得到了飞速的发展被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中。
当今世界，国与国之间的竞争是经济竞争．而伴随着经济的高速发展，也带来了资源、人口与环境等重大国际问题，传热学在促进经薪发展和加强环境保护方面起着举足轻重的作用。
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。
传热学是研究热量传递规律的一门学科，生产部门存在的多种多样的热量传递问题，都可以用传热学来解决，这些部门包括能源、化工、冶金、建筑、机械制造、电子、制冷、航天航空、农业、环境保护等。
随着传热学的理论体系日趋完善，内容不断充实，已经发展为现代科学技术中充满活力的一门重要技术基础学科。
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。
例如，提高锅炉的蒸汽产量，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。
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绝对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。
2.1 传热学与机械以下将《传热学》在机械领域中的运用分为几个个方面进行介绍。
2.1.1 传热学在传统工业机械领域和农业机械领域中的应用(1) 在铸造、焊接、金属热处理等常规机械加工工艺过程中，存在大量的非稳态导热、移动边界的固液相变传热以及各类对流换热问题。
在精密机械和精密仪器的制造和使用过程中，热应力和热变形量的预测、修正及控制也同样有赖于传热原理的指导；(2) 在各类机械控制方面，即在强电或弱电方面的应用，元器件的有效冷却和设备的更新换代都与强化传热研究有关。
例如大型发电机的转子、定子绕组和定子铁心的冷却就是典型的对流传热问题。
近百年来单机容量从几万干瓦扩大到百万千瓦，很大程度上是靠冷却技术的不断改进得以实现的，从空冷、氢冷发展到水冷，冷却技术的进步显著提高了电磁负荷强度和材料的利用率；(3) 农业机械是指在作物种植业和畜牧业生产过程中，以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械。
农业机械包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械、农田排灌机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运输机械等。
各种机械的研发设计都离不开《工程热力学与传热学》这一门学科。
