熱工基礎(chǔ)課程總結(jié)教材

1、熱工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)總結(jié)摘要：本文就熱工基礎(chǔ)這門課程的學(xué)習(xí)進(jìn)行了以下三方面的總 結(jié)。第一：說明這門課程的研究目的和研究方法；第二：簡單總結(jié)各 章節(jié)的主要內(nèi)容和知識框架體系； 第三：從個人角度論述一下學(xué)習(xí)這 門課程的心得體會及意見。關(guān)鍵詞：熱力學(xué) 傳熱學(xué) 循環(huán)正文： 自然界蘊藏著豐富的能源， 大部分能源是以熱能的形式或 者轉(zhuǎn)換為熱能的形式予以利用。 因此，人們從自然界獲得的的能源主 要是熱能。為了更好地直接利用熱能，必須研究熱量的傳遞規(guī)律。1 熱工基礎(chǔ)的研究目的和研究方法1.1 研究目的熱的利用方式主要有直接利用和間接利用兩種。 前者如利用熱能 加熱、蒸煮、冶煉、供暖等直接用熱量為人們服務(wù)。后者如通過個

2、證 熱機把熱能轉(zhuǎn)化為機械能或者其他形式的能量供生產(chǎn)和生活使用。能量的轉(zhuǎn)換和傳遞是能量利用中的核心問題， 而熱工基礎(chǔ)正是基 于實際應(yīng)用而用來研究能量傳遞和轉(zhuǎn)換的科學(xué)。傳熱學(xué)就是研究熱量傳遞過程規(guī)律的學(xué)科， 為了更好地間接利用 熱能，必須研究熱能和其他能量形式間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。 工程熱力學(xué) 就是研究熱能與機械能間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及方法的學(xué)科。 由工程熱力 學(xué)和傳熱學(xué)共同構(gòu)成的熱工學(xué)理論基礎(chǔ)就是主要研究熱能在工程上 有效利用的規(guī)律和方法的學(xué)科。作為一門基于實際應(yīng)用而產(chǎn)生的學(xué)科， 其最終還是要回歸到實際的應(yīng)用中，這樣一來，就要加強對典型的熱工設(shè)備的學(xué)習(xí)和掌握1.2 研究方法 熱力學(xué)的研究方法有兩種： 宏

3、觀研究方法和微觀研究方法。 宏觀 研究方法是以熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律等基本定律為基礎(chǔ)， 針對具體問題采用抽象、概括、理想化簡化處理的方法，抽出共性， 突出本質(zhì)。建立合適的物理模型通過推理得出可靠和普遍適用的公 式，解決熱力過程中的實際問題。 微觀研究方法是從物質(zhì)的微觀基礎(chǔ) 上，應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)方法，將宏觀物理量解釋為微觀量的統(tǒng)計平均值，從 而解釋熱現(xiàn)象的本質(zhì)。傳熱學(xué)的研究方法主要有理論分析， 數(shù)值模擬和實驗研究。 理論 分析是依據(jù)基本定律對熱傳遞現(xiàn)象進(jìn)行分析， 建立合適的物理模型和 數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)分析方法求解； 對于難以用理論分析法求解的問題， 可采用數(shù)值計算和計算機求解； 對于復(fù)雜的傳熱

4、學(xué)問題無法用上述兩 種方法求解時， 必須采用實驗研究方法， 實驗研究法是傳熱學(xué)最基本 的研究方法。2 主要章節(jié)內(nèi)容總結(jié)2.1 基本概念（熱力學(xué)基礎(chǔ)知識）熱力系統(tǒng)： 根據(jù)某種研究目的認(rèn)為地劃定的研究對象。 按照熱力 系統(tǒng)和外界的物質(zhì)和能量交換情況進(jìn)行分類。 常用的熱力系統(tǒng)有開口 系統(tǒng)、閉口系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)。工質(zhì)：實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。如水蒸氣，液態(tài)水，空氣等都 是常用的工質(zhì)熱力系統(tǒng)某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀態(tài)稱為熱力學(xué)狀態(tài)。 用于描 述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量稱為狀態(tài)參量?；緺顟B(tài)參量有壓力、 溫度和比體積。平衡態(tài)具有確定的狀態(tài)參數(shù)。 準(zhǔn)靜態(tài)過程是實際過程進(jìn)行的足夠 緩慢的極限情況。 實

5、現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程的條件是推動過程進(jìn)行的不平衡勢 差無限小?？赡孢^程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的差別就在于無耗散損失。 一個可逆過程 必須同時是準(zhǔn)靜態(tài)過程，但準(zhǔn)靜態(tài)過程不一定可逆。2.2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律闡述了能量間相互轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系。 本質(zhì)是能量 在轉(zhuǎn)換過程中守恒，但依賴于物質(zhì)的形態(tài)變化。熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于閉口系統(tǒng)的能量方程是： Q U W 熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于穩(wěn)流系時的能量關(guān)系式即為穩(wěn)流系能量 方程。其表達(dá)式也有以下幾種形式，它們的使用條件也不同： （1）q h wt或Q H Wt （適用條件：任意工質(zhì)、任何過程 ）2（2） q h- vdp或Q H Vdp （適用條件：任意工質(zhì)、可逆過程）2（

6、3）q cp T - vdp或Q mcp T - 1 Vdp （適用條件：理想氣體、可逆過 程）2.3 理想氣體的性質(zhì)與熱力性質(zhì) 理想氣體的狀態(tài)方程的基本形式為 PV=nRT 氣體常數(shù) Rg 是隨工質(zhì)而異的常數(shù)，工質(zhì)一定，其值是一個確定 的常數(shù)，摩爾氣體常數(shù)是與工質(zhì)無關(guān)的常數(shù)。二者的關(guān)系為： Rg=R/M理想氣體的比熱容有真實比熱容、 平均比熱容、 平均比熱容直線 關(guān)系式及定值比熱容。可根據(jù)精度要求選用。理想氣體混合物仍具有理想氣體的一切特性， 利用理想氣體混合 物的成分可以求解折合氣體常數(shù)和折合摩爾質(zhì)量。在理想氣體的熱力過程部分主要討論了 4 個典型基本過程，即定 容過程、定壓過程、定溫過程

7、、定熵過程以及具有一般意義的多變過 程。前 4 種過程中總有一個狀態(tài)參數(shù)保持不變；對于多變過程，則過 程中所有的狀態(tài)參數(shù)都在變。關(guān)于過程方程，應(yīng)記住基本方程 pvn const ，可認(rèn)為理想氣體在可逆過程中都遵循該關(guān)系式。多變指數(shù) n的取值范圍為從 0之間的任一實數(shù)， 所以該過程方程適用于所有的可逆過程。 而 4 種基本熱力過程則是所有可逆多變過程中的 幾個特例，根據(jù)過程特點分別為定容過程： n=±，定壓過程： n=0， 定溫過程： n=1，定熵過程： n= ，所以 4 種基本熱力過程的過程方 程不需要死記硬背就可以推出。用來壓縮空氣或其他氣體的設(shè)備稱為壓氣機。 活塞式壓氣機絕熱 壓

8、縮耗功最多，定溫壓縮最少，多變壓縮介于兩者之間，所以應(yīng)盡量 減少壓縮過程中的多變參數(shù)， 使壓縮過程更接近于定溫過程。 但實際 的活塞式壓氣機的余隙容積是不可避免的， 余隙容積的存在， 雖然對 理論耗功沒有影響， 但使容積效率隨壓力比增大而減少。 為了避免單 級壓縮因增壓比大而影響容積效率，常采用多級壓縮級間冷卻的方 法。2.4熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律典型的說法是克勞修斯的說法和開爾文的說法。雖然兩者在表述上不同，但實質(zhì)是相同的，具有等效性。 熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可歸納為以下幾種： （ 1）卡諾定理 ttc , c , cQ（ 2）克勞修斯積分不等式 Tr 0SSgSfSgQ （3）由

9、克勞修斯積分不等式推出dS Tr = dSf（ 4）熵方程SisoSg0由可逆過程熵的定義式， 得可逆過程（ 5）孤立系熵增原理 熵是非常重要的狀態(tài)參數(shù)， 熵變的基本計算公式為T 上式可用于任意物質(zhì)熵變的計算。 但針對不同的工質(zhì)， 在結(jié)合該種工 質(zhì)熱力性質(zhì)的條件下，所推出的熵變計算公式不同。2.5 實際氣體的性質(zhì)及熱力學(xué)一般關(guān)系式 實際氣體由于距液態(tài)較近， 構(gòu)成氣體的微觀粒子間的作用力不容 忽略，因而不能作為理想氣體處理。實際氣體偏離理想氣體的程度， 通常采用壓縮因子或壓縮系數(shù) Z 表示， Z= ，是狀態(tài)函數(shù)，值與偏離越遠(yuǎn)，越表 明這時的實際氣體與理想氣體的偏差越大。 值的大小取決于氣體種類、

10、溫度及壓力目前研究實際氣體熱力性質(zhì)的方法有以下兩種：（）利用實際氣體的狀態(tài)方程， 狀態(tài)方程種類繁多， 其中范德 瓦爾方程最具代表意義。 目前隨著狀態(tài)方程精度的提高， 這種方法獲 得相當(dāng)精確的結(jié)果。 但狀態(tài)方程往往也很復(fù)雜， 因而難以通過解析法 求解。通?？衫脿顟B(tài)方程做成圖表形式，以供查看。（）依據(jù)對比態(tài)原理， 利用壓縮因子對理想氣體狀態(tài)方程計算 的結(jié)果進(jìn)行修正， 這種方法突出的優(yōu)點在于通用性好， 適用于任何氣 體。由于對比態(tài)只是一個近似的原理， 因而這種方法計算結(jié)果精度不 高，但在氣體熱力性質(zhì)資料缺乏的情況下，這種方法較為簡便，而且 一般能夠滿足工程中的精度要求。對于簡單可壓縮系，熱力學(xué)中的

11、狀態(tài)參數(shù)主要有兩個獨立變量。 依據(jù)熱力學(xué)第一、 第二定律及其參數(shù)的特性， 導(dǎo)出了適用于任何工質(zhì) 的熵，熱力學(xué)能和焓的一般關(guān)系式。 同時提出了亥姆赫茲函數(shù)和吉布 斯函數(shù)，其物理含義分別是： 亥姆赫茲函數(shù)表示可逆過程外界對系統(tǒng) 所做的膨脹功；吉布斯函數(shù)表示可逆定溫過程中系統(tǒng)對外所做的技術(shù) 功。2.6 水蒸氣和濕空氣水蒸氣由液態(tài)水經(jīng)汽化產(chǎn)生， 它離液態(tài)較近； 濕空氣是指含有水 蒸氣的空氣。 這兩種氣體其性質(zhì)較為復(fù)雜， 因而不能作為理想氣體來 處理。工業(yè)和生活中所用的水蒸氣通常是在定壓條件下對水加熱產(chǎn)生 的，水蒸氣在定壓情況下的產(chǎn)生過程表示在 P-V 圖和 T-S 圖，可概括 為：一點（臨界點）、兩線

12、（飽和水線和飽和蒸汽線） 、三區(qū)（未飽和 水區(qū)、濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(qū)） 及五態(tài)（未飽和水、 飽和水、濕蒸氣、 干飽和蒸汽和過熱蒸汽） 。由于水蒸氣復(fù)雜的熱力性質(zhì)，工程計算中 通常采用一種簡易方法， 即利用水蒸氣的熱力性質(zhì)圖、 表來確定其狀 態(tài)并進(jìn)行熱力過程的功量、熱量的計算。濕空氣是一種由氮氣、 氧氣等氣體和水蒸氣所組成的一種混合氣 體，其熱力性質(zhì)可通過一系列的概念來描述，如水蒸氣的分壓力、飽 和壓力、相對濕度、含濕量、比焓等。工業(yè)中存在兩種典型的濕空氣 熱力過程分別是冷卻去濕過程和加熱吸濕過程， 有時可能是幾種熱力 過程的結(jié)合。 濕空氣的熱力計算通常也采用圖表的簡易算法， 最常用 的水蒸氣熱

13、力性質(zhì)圖是 h-d 圖。2.7 動力裝置循環(huán) 將熱能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備稱為熱機。 根據(jù)循環(huán)介質(zhì)不同熱機主 要分為兩種形式：蒸汽動力裝置和氣體動力裝置。實際循環(huán)都是復(fù)雜的不可逆的， 為使分析簡化， 通常將實際循環(huán) 抽象概括成可逆的理論循環(huán)， 通過理論循環(huán)分析， 找出影響循環(huán)效率 的因素，從而獲得提高熱效率的有效措施。郎肯循環(huán)是基本的蒸氣動力循環(huán)，通過理論循環(huán)的熱力學(xué)分析， 得出提高循環(huán)的熱效率主要有兩種途徑： 一是改變循環(huán)初參數(shù)， 即提 高蒸氣的初壓、初溫及降低乏汽壓力；二是改變循環(huán)的方式，即采用 回?zé)?、再熱循環(huán)及熱電聯(lián)產(chǎn)。前者在改變參數(shù)的同時受到設(shè)備投資、運行等各種條件的限制，因此實際中通常兩

14、種途徑配合采用活塞式內(nèi)燃機循環(huán)和燃?xì)廨啓C是典型的兩種氣體動力循環(huán)， 前者 根據(jù)工質(zhì)不同可分為煤氣機、 汽油機和柴油機； 根據(jù)循環(huán)方式不同又 可分為混合加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和定容加熱循環(huán)。通過柴油機的理論循環(huán)分析得出結(jié)論， 提高循環(huán)的壓縮比、 定容 增壓比及降低定壓預(yù)賬比均可提高循環(huán)的熱效率。 燃?xì)廨啓C也是一種 以空氣和燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的動力裝置， 通過理論循環(huán)分析可知， 循環(huán)的熱 效率取決于循環(huán)增壓比， 而且隨循環(huán)增壓比的增大而提高， 與循環(huán)增 溫比無關(guān)。2.8 制冷循環(huán)制冷循環(huán)是一種不完全逆向卡諾循環(huán)， 它通過消耗機械能或外界 驅(qū)動熱源實現(xiàn)了熱量從低溫物體向高溫物體的傳遞， 是一種重要的熱 力循

15、環(huán)。評價制冷循環(huán)的性能指標(biāo)主要是制冷系數(shù)和熱力完善度。 制冷系 數(shù)表示循環(huán)獲得的制冷量與所消耗的代價之比， 熱力完善度表示實際 制冷循環(huán)接近于可逆卡諾循環(huán)的程度。蒸氣壓縮制冷循環(huán)依靠相變潛熱來制冷， 單位質(zhì)量制冷劑的制冷 量較大，因而應(yīng)用最為廣泛。吸收式制冷由于不消耗電能，以熱能來 驅(qū)動，故在電力緊張而余熱豐富的場合尤為適用。熱電制冷循環(huán)是一種利用溫差熱電效應(yīng)的制冷方式， 突出優(yōu)點在 于無污染、無噪音，但其效率低，故一般用于小容量小體積的場合。熱泵循環(huán)也是逆向循環(huán)， 其不同于制冷循環(huán)之處在于熱泵循環(huán)的 目的在于向高溫?zé)嵩瘁尫拍芰俊?由于熱泵裝置的供暖系數(shù)永遠(yuǎn)大于 1， 故在節(jié)能方面優(yōu)于其他供熱

16、方式。 但熱泵循環(huán)的上限溫度為被加熱物 體的溫度，下限溫度為環(huán)境溫度，因而它的應(yīng)用會受到一定限制。2.9 熱量傳遞的基本方式 在物體內(nèi)部或相互接觸 物體表面之間，由于分子、原子及自由 電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo) （簡稱導(dǎo) 熱）。熱對流是指由于流體的宏觀運動時溫度不同的流體相對位移而 產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。由于物體內(nèi)部微觀粒子的熱運動（或者說由于物體自身的溫度） 而使物體向外發(fā)射輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。熱輻射相對于導(dǎo)熱和對流具有以下特點：（1）熱輻射總是伴隨著熱能與輻射能這兩種能量形式之間的相 互轉(zhuǎn)化。（2）熱輻射不需要中介，可以在真空中傳播。（3）物體間以熱輻射的方式進(jìn)

17、行的熱量傳遞是雙向的。2.10 導(dǎo)熱在某一時刻 t，物體內(nèi)所有各點的溫度分布稱為溫度在 t 時刻的 溫度場在溫度場中，溫度沿法線方向的溫度變化率（偏導(dǎo)數(shù)）稱為溫度 梯度。對于物性參數(shù)不隨方向變化的各向同性物體， 傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為在直角坐標(biāo)系中，導(dǎo)熱微分方程式的一般表達(dá)式為t 2 t 2 t 2 tc x 2 y 2 z 2 c它建立了導(dǎo)熱過程中物體的溫度隨時間和空間變化的函數(shù)關(guān)系導(dǎo)熱微分方程和單值性條件一起構(gòu)成了具體導(dǎo)熱過程完整的數(shù) 學(xué)描述熱阻，是根據(jù)熱量傳遞規(guī)律與電學(xué)中歐姆定律的類比得出的， “熱流相當(dāng)于電流，溫差相當(dāng)于電位差，熱阻相當(dāng)于電阻。根據(jù)電阻 串、并聯(lián)的原理， 應(yīng)用熱阻網(wǎng)絡(luò)

18、圖能夠使計算多層物體及復(fù)合體的導(dǎo) 熱問題變得簡單。但需要特別注意的是 : 熱阻網(wǎng)絡(luò)分析只適用于無內(nèi) 熱源、定壁溫的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，對于其他一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài) 導(dǎo)熱及多維導(dǎo)熱問題均不適用。在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題中，物體內(nèi)的溫度場不僅隨空間變化，而且 還是時間的函數(shù)，求解方法有集總參數(shù)法、數(shù)值解法、分析解法或諾 謨圖法等。 集總參數(shù)法是本章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的重點， 使用時應(yīng)注意 以下幾點：（1）只有滿足 Bi 0.1或 BiV 0.1M 條件的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題， 才可以用集總參數(shù)法求解；（2）一般情況下， Bi BiV （只有無限大平壁相等） ；（3）如果用 Bi 作為判別條件，定型尺寸 L 為從絕熱面

19、到對流換 熱表面的垂直距離（兩面換熱的無限大平壁：壁厚的一半；單面換熱的無限大平壁：整個壁厚；無限長圓柱體和球：半徑） ；（ 4）如果用 BiV 作為判別條件，定型尺寸 L=V/A ；exp（ Bi V FoV ）（ 5）如果用式 0計算溫度場，注意 BiV 和 FoV 中L=V/A計算從 0 到 時刻通過物體傳熱表面?zhèn)鬟f的總熱量 Q 用以下公式Q d hA dhA 0 exphAcV1hAcV hAexphAcV2.11 對流換熱對流傳熱的基本概念已經(jīng)在前面介紹，這里不再重復(fù)。影響對流傳熱的因素很多而又復(fù)雜， 歸納起來主要有流體運動發(fā) 生的原因，流體運動的狀態(tài)，流體的性質(zhì)及換熱面的形狀、位置

20、尺寸 等方面。對流換熱系數(shù) 集中反映了放熱過程中的一切復(fù)雜因素， 能反應(yīng)對流換熱的程度，但它不能簡化對流換熱問題的計算。相似原理是一種能使試驗布置及實驗數(shù)據(jù)綜合處理的理論， 主要 有三個核心內(nèi)容。一是物理現(xiàn)象相似的性質(zhì)； 凡是彼此相似的現(xiàn)象， 它們的同名相 似準(zhǔn)則必定相等。這解決了實驗中測量什么量的問題二是相似準(zhǔn)則間的關(guān)系，物理現(xiàn)象中的物理量不是單個起作用 的，而是由其組成的準(zhǔn)則起作用， 它解決了實驗數(shù)據(jù)如何整理的問題。三是判斷相似的條件：凡同類現(xiàn)象，如單值條件相似，且同名準(zhǔn) 則相等，則準(zhǔn)則必定相似， 它解決了實際工程如何模擬實驗，實驗結(jié) 果能否應(yīng)用到實際工程中的問題。2.12 輻射換熱 物體

21、對外界輻射來的熱量具有吸收、 反射和透射的能力。 分別用 吸收比、反射比和透射比反映物體相應(yīng)能力的大小。黑體（ =1）、 白體（ =1）和透明體（ =1）都是假想的理想物體。輻射力 E： 單位時間內(nèi)、單位輻射面積向其上半球空間所發(fā) 射的全波長的輻射能總量 （能流密度 ）有效輻射 J：單位時間離開單位表面的總輻射能。包括自身輻射 的能量和反射輻射能量。角系數(shù)：表面 1 發(fā)出的輻射能中落到表面 2 上的能量與表面 1 發(fā) 出的總輻射能的比值稱為表面 1 對表面 2 的角系數(shù)，記為 X1, 2。同 理也可定義表面 2 對表面 1的角系數(shù) X2, 1。在兩個漫灰表面溫度均勻、發(fā)射率均勻、反射率均勻、投

22、射輻射 也均勻的條件下，角系數(shù)為一個純幾何參數(shù)，它僅與物體的形狀、大 小、距離和位置有關(guān)。角系數(shù)具有相對性（又稱互換性） ；完整性和分解性。 角系數(shù)可利用角系數(shù)定義直接判斷，也可用積分法、查曲線圖、 或代數(shù)法（利用角系數(shù)特性和已知角系數(shù)求解）等方式獲得，要求重點掌握利用角系數(shù)定義直接判斷、查曲線圖和代數(shù)法。熱阻網(wǎng)絡(luò)圖：畫輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖（熱路圖）的原則：對于黑 體，表面熱阻為 0，對于灰體，表面熱阻 0；任意兩表面間輻射換 熱都有空間熱阻。所以兩黑體輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖只有一個空間熱 阻；兩灰體輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖各有一個表面熱阻， 還有一個空間熱 阻（如圖 11.16）；一個黑體和一個灰體輻射

23、換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖有一個空 間熱阻，另在灰體表面還有一個表面熱阻。遮熱板：在兩輻射表面之間放置黑度很小的薄板來遮擋輻射熱， 稱為遮熱板。未加遮熱板時， 兩個物體間的輻射熱阻為兩個表面輻射 熱阻和一個空間輻射熱阻。 加了遮熱板后， 在不考慮遮熱板導(dǎo)熱熱阻 的情況下， 將增加兩個表面輻射熱阻和一個空間輻射熱阻 （遮熱板本 身的導(dǎo)熱熱阻忽略不計） 。因此總的輻射熱阻增加，物體間的輻射傳 熱量減少。 這就是遮熱板的工作原理。 如果遮熱板表面的性質(zhì)與原輻 射物體表面的性質(zhì)相同， 則在兩塊大平行平板間插入 n 塊發(fā)射率相同 的遮熱板（薄金屬板） 時的輻射傳熱熱流量為無遮熱板時輻射傳熱熱 流量的 1/（n 1）

24、 。規(guī)律：遮熱板黑度越小，表面熱阻越大，遮熱效果越 好。2.13 傳熱過程與換熱器 實現(xiàn)冷熱流體間熱量交換的設(shè)備稱為換熱器， 流體在換熱器中所進(jìn)行 的傳熱過程往往是導(dǎo)熱、 對流、輻射換熱 3 種方式共同作用的復(fù)合傳 熱過程。處理這類復(fù)合傳熱問題的有效方法是采用熱阻分析方法， 并從中找出 主導(dǎo)換熱方式。 然后把次要的換熱方式歸納到主導(dǎo)傳熱方式中加以考 慮，或者忽略不計。 換熱器種類繁多，按其工作原理，可分為混合式、蓄熱式及間壁式， 其中間壁式應(yīng)用最為廣泛。換熱器的計算方法主要有兩種， 即對數(shù)平均溫差法和效能傳熱單元數(shù) 法，它們既可以用于換熱器的設(shè)計計算， 也可以用于換熱器的校驗計 算?？紤]到對數(shù)

25、平均溫差法用于校驗時需要復(fù)雜的試算過程，相比之下， 效能傳熱單元數(shù)法顯得更為方便。3 心得體會通過對熱工基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)， 并與之前物理學(xué)專業(yè)課程相比較， 發(fā)現(xiàn) 一些既相通又相異的互相聯(lián)系的方法和思想， 這些方法和思想對于我 從理科向工科的觀念轉(zhuǎn)變大有裨益。第一：兩者學(xué)科構(gòu)建目的不同。 物理學(xué)專業(yè)課程側(cè)重在對整個物 理學(xué)科整體框架的理解和構(gòu)建， 講究的是理論的完整性， 細(xì)節(jié)排布的 緊密性，公式定理推導(dǎo)的嚴(yán)密性。 是為以后從事與物理相關(guān)的工作打 基礎(chǔ)，面面俱到但不深入。 有時為了引出一個定理，要做長篇的冗長 的理論推導(dǎo)，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。因而對我們的數(shù)學(xué)功底，邏輯思 維及性格都有很高的要求。熱工基礎(chǔ)

26、側(cè)重于知識在實際工程中的應(yīng)用， 更看重知識整體的宏 觀性，并不特別在意那些在工程中作用甚微的環(huán)節(jié)， 所以有的時候公 式定理的推導(dǎo)給出并不是很連貫， 要不就是由某些基礎(chǔ)學(xué)科的結(jié)論直 接給出，要不就是由實際的經(jīng)驗給出一些參數(shù)， 至于其深層的物理原 理，則不是熱工基礎(chǔ)課程要研究的內(nèi)容。其典型代表就是以 Bi 數(shù)、 Fo數(shù)、Gr 數(shù)、j 因子、Nu 數(shù)、Pr數(shù)、Re數(shù)、St數(shù)為代表的相似準(zhǔn) 則數(shù)在傳熱學(xué)中對流傳熱中的提出和應(yīng)用。 我們在實際的應(yīng)用中只要 知其然，有時未必用知其所以然。熱工基礎(chǔ)源于物理學(xué)， 是其在工程中的綜合應(yīng)用， 一門課程包括 了力學(xué)、熱學(xué)、統(tǒng)計物理、量子力學(xué)等課程內(nèi)容。而門類界限不是

27、那 么清晰，是根據(jù)應(yīng)用需要而展開的。比如在傳熱學(xué)的章節(jié)中，既有類 似于牛頓力學(xué)得出的熱傳導(dǎo)的傅里葉定律， 也有用量子力學(xué)等推導(dǎo)得 出的熱輻射規(guī)律。 還有牛頓流體概念的提出， 更是牛頓力學(xué)的相似利 用，或者說本質(zhì)就是牛頓力學(xué)，只不過是換上了傳熱學(xué)實用的外衣， 煥發(fā)了第二春。至于說質(zhì)量守恒定律、 動量守恒定律和能量守恒定律在解決熱傳 導(dǎo)問題時的應(yīng)用。 更是將自然界放之四海而皆準(zhǔn)的守恒律在工程中的 完美應(yīng)用。還有熵、火用、火無這三個典型概念的提出及應(yīng)用分析， 集直觀性，精辟性，實用性于一身， 其他如技術(shù)功、 過程功更是如此。 都是在理論的基礎(chǔ)上大大地增加了其實用性。第二：兩者學(xué)科思想不同。整個物理學(xué)

28、課程學(xué)下來，見證了一部 恢宏壯麗的物理學(xué)史，每一部分都是那么的緊湊，來不得半點馬虎， 尤其是理論模型的建立和認(rèn)識，更是凝聚了無數(shù)科學(xué)家的智慧和心 血，反過來促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展。熱工基礎(chǔ)課程是因其在工程中的應(yīng)用而建立的， 重在其用。 故而 就不如前者那么顯得完美， 感覺像拼湊在一起的。 至于說理論模型更 是在實際應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化， 有時未必真實， 但是在應(yīng)用上有與 生俱來的優(yōu)勢，正是哲學(xué)上抓住主要矛盾， 忽略次要矛盾的完美詮釋。根據(jù)能量和質(zhì)量的流動對系統(tǒng)的分類過程中， 現(xiàn)實中系統(tǒng)不能簡 單的歸于某種情況（嚴(yán)格的說閉口系、開口系、絕熱系、孤立系是不 存在的），只是根據(jù)實際過程中的弛豫時間，取其主要效果歸于某個 系統(tǒng)模型，然后用模型檢驗實際系統(tǒng)，再進(jìn)行適當(dāng)修正。再比如熱力 過程中的可逆過程， 循環(huán)過程中的卡諾循環(huán)等等都是類似的情況。 既 是在工程應(yīng)用中誤差允許的范圍內(nèi)， 對實際問題進(jìn)行簡化， 然后進(jìn)行 適當(dāng)修正。然而正是根據(jù)這些定義中的理想， 應(yīng)用中的趨近模型和過程， 制 造或改進(jìn)了各種動力循環(huán)裝置， 在現(xiàn)實中發(fā)揮了舉足輕重的作用， 大 大地加速了工業(yè)革命的進(jìn)程，提高了經(jīng)濟社會效益。第三：兩者在計算方面的要求