唐老師傳熱學(xué)教學(xué)課件

第十章

幾個(gè)專(zhuān)題1第十章

幾個(gè)專(zhuān)題1第十章幾個(gè)專(zhuān)題10-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題(371頁(yè))10-2熱管及其應(yīng)用(376頁(yè))10-3射流沖擊換熱(379頁(yè))10-4傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介(382頁(yè))10-5傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用(392頁(yè))2第十章幾個(gè)專(zhuān)題10-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題10-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題太陽(yáng)是個(gè)熾熱的氣團(tuán)，它的內(nèi)部不斷地進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，由此產(chǎn)生的巨大能量以輻射方式向宇宙空間發(fā)射出去。到達(dá)地球大氣層外緣的能量，具有如圖10-1中位置較高的實(shí)線所示的光譜特性，近似于溫度為5762K的黑體輻射。310-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題太陽(yáng)是個(gè)日地間的距離在一年中是有變化的。在日地平均距離處，大氣層外緣與太陽(yáng)射線相垂直的單位表面積所接受到的太陽(yáng)輻射能為。此值稱(chēng)為太陽(yáng)常數(shù)，記為Sc,它與地理位置或一天中的時(shí)間無(wú)關(guān)。實(shí)際上，大氣層外緣水平面上每單位面積接受到的太陽(yáng)輻射能為：式中：f——地日距離修正系數(shù)，f=0.97~1.03；——太陽(yáng)射線與地面法線間的夾角，稱(chēng)天頂角。4日地間的距離在一年中是有變化的。在日地平均距在太陽(yáng)能利用中會(huì)碰到許多傳熱問(wèn)題，現(xiàn)以太陽(yáng)能集熱器為例來(lái)分析。太陽(yáng)能集熱器是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)(水)的熱能的設(shè)備，典型的集熱器如圖10-3所示：太陽(yáng)能在穿過(guò)透明的蓋板后投射到吸熱面上。為了提高效率，在吸熱面上常涂有對(duì)太陽(yáng)輻射具有很高光譜吸收比的涂層。所謂太陽(yáng)能集熱器的效率,可定義為集熱器的有效收益熱流密度qg與投入集熱器的太陽(yáng)輻射Gs的比值，即：5在太陽(yáng)能利用中會(huì)碰到許多傳熱問(wèn)題，現(xiàn)以太陽(yáng)能提高太陽(yáng)能集熱器效率的途徑是，在保持最大限度采集太陽(yáng)輻射的同時(shí),盡可能減小其對(duì)流和輻射熱損失。措施之一是：利用對(duì)太陽(yáng)光透明的玻璃或塑料薄膜使吸熱面不直接暴露于外界環(huán)境。如圖10-4所示，普通玻璃對(duì)m的熱輻射有很高的穿透比，而對(duì)>m的熱輻射的穿透比很小。于是大部分太陽(yáng)輻射能穿過(guò)玻璃進(jìn)入有吸熱面的腔內(nèi)，而吸熱面發(fā)出的常溫下的長(zhǎng)波輻射卻被玻璃阻隔在腔內(nèi)，從而產(chǎn)生了所謂溫室效應(yīng)。6提高太陽(yáng)能集熱器效率的途徑是，在保持最大限度吸熱面的輻射特性對(duì)集熱器效率也是重要的。以圖10-3所示的平板型集熱器為例，在熱穩(wěn)態(tài)情況下，集熱器單位面積的熱平衡方程為：可采用灰體平行平板間的輻射換熱公式計(jì)算：代入式(10-3)化簡(jiǎn)，得：7吸熱面的輻射特性對(duì)集熱器效率也是重要的。以圖太陽(yáng)能利用中吸熱面材料理想的輻射特性應(yīng)是：在0.3~3m的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜吸收比接近于1，而在大于3m的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜吸收比接近于零。即要求s盡可能大，而盡可能小。用人工的方法改造表面，如對(duì)材料表面覆蓋涂層是提高s/值的有效手段，這種涂層稱(chēng)為光譜選擇性涂層，如在銅材上電鍍黑鎳鍍層，其吸收比特性如圖10-5中曲線2所示。黑鎳鍍層的厚度對(duì)表面特性的影響示于表10-1。8太陽(yáng)能利用中吸熱面材料理想的輻射特性應(yīng)是：在表10-1黑鎳鍍層厚度對(duì)輻射特性的影響（鍍層表面溫度為50C）由表中可以看出，黑鎳鍍層使s/值可提高到10左右。9表10-1黑鎳鍍層厚度對(duì)輻射特性的影響（鍍層表面溫不僅人工研制的涂層表面對(duì)太陽(yáng)能的吸收比不等于其自身的發(fā)射率，一般材料也常是如此。表10-2部分材料對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比及自身發(fā)射率10不僅人工研制的涂層表面對(duì)太陽(yáng)能的吸收比不等于10-2熱管及其應(yīng)用熱管是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的具有特別高的導(dǎo)熱性能的傳熱元件。圖10-6為其工作原理示意圖。工作液在熱管內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，把熱量從加熱段傳遞到散熱段。1110-2熱管及其應(yīng)用熱管是20世紀(jì)帶有吸液芯的熱管有突出的優(yōu)點(diǎn)——對(duì)蒸發(fā)段與冷凝段的位置沒(méi)有任何限制，但其制造成本較高，多用于航天事業(yè)中。地面上常采用依靠重力回流冷凝液的重力熱管。這時(shí)冷凝段必須位于蒸發(fā)段之上。如圖10-7所示。重力熱管中應(yīng)用最廣的是鋼-水熱管。鋼-水熱管在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不凝結(jié)氣體——?dú)錃猓⒆罱K聚集到冷凝段使凝結(jié)換熱惡化，以致使熱管性能變壞或失效。這種現(xiàn)象稱(chēng)為鋼-水的不相容性。12帶有吸液芯的熱管有突出的優(yōu)點(diǎn)——對(duì)蒸發(fā)段與冷下面我們以一根鋼-水重力熱管為例來(lái)分析其熱傳遞過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻大小。設(shè)熱管的外徑do=25mm，內(nèi)徑di=21mm，蒸發(fā)段長(zhǎng)度le及冷凝段長(zhǎng)度lc均為1m，碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)=43.2W/(m·K)。熱量從熱流體傳到冷流體的過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻如下：設(shè)蒸發(fā)段外表面總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為ho，e，則：(1).從熱流體到蒸發(fā)段外壁的換熱熱阻R1(2).從蒸發(fā)段外壁到內(nèi)壁的導(dǎo)熱熱阻R213下面我們以一根鋼-水重力熱管為例來(lái)分析其熱傳(3).蒸發(fā)段換熱熱阻R3

設(shè)蒸發(fā)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi,e=5000W/(m2·K),則：(4).從蒸發(fā)段到冷凝段蒸汽流動(dòng)的壓降所引起的熱阻R4

蒸汽的壓降導(dǎo)致飽和溫度下降,這等價(jià)于存在一個(gè)熱阻。但實(shí)際上由于壓降很小，因而所引起的相應(yīng)的溫差也很小，所以R40。(5).冷凝段固體壁面導(dǎo)熱熱阻R5

R5與R2相同，為6.410-4K/W。14(3).蒸發(fā)段換熱熱阻R3(4).從蒸發(fā)段到冷凝段(6).冷凝段換熱熱阻R6

取凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為hi，c=6000W/(m2·K)，則(7).冷凝段外管壁與冷流體間的換熱熱阻設(shè)冷流體的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為ho，c，則在R1~R7中，屬于熱管內(nèi)部的熱阻為R2~R6，其和為6.7810-3K/W。一根長(zhǎng)2m、直徑為25mm的銅棒的熱阻是上述鋼-水熱管的1500倍。熱管的這種特別優(yōu)良的導(dǎo)熱性能又被稱(chēng)為“超導(dǎo)熱性”。15(6).冷凝段換熱熱阻R610-3射流沖擊換熱當(dāng)需要在換熱表面的局部地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈的換熱效果時(shí)，可采用沖擊射流。沖擊射流已廣泛用于平板玻璃回火、金屬薄板退火、紡織品或紙張干燥、燃?xì)廨啓C(jī)葉片冷卻及電子器件冷卻等技術(shù)中。在這種換熱方式中，氣體或液體在壓差作用下通過(guò)一個(gè)圓形或窄縫形噴嘴垂直（或成一定傾角）地噴射到被冷卻的表面上，從而使直接受到?jīng)_擊的區(qū)域產(chǎn)生很強(qiáng)的換熱效果。如圖10-9、10-10所示。射流到達(dá)壁面前的區(qū)域稱(chēng)為自由射流。抵達(dá)壁面后，射流向四周沿著壁面流開(kāi)，形成貼壁射流區(qū)。固體表面上正對(duì)噴嘴中心處稱(chēng)為滯止區(qū)。這里的局部換熱強(qiáng)度特別高。1610-3射流沖擊換熱當(dāng)需要在換熱表面的局圖10-11示出了一些典型情況下滯止區(qū)及其附近局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化情況。*.滯止區(qū)以外的射流沖擊區(qū)域中的平均換熱特性為：17圖10-11示出了一些典型情況下滯止區(qū)及其附函數(shù)f1、f2、f3可按以下公式計(jì)算：式(10–6)、(10–7)的適用范圍為：在玻璃、紙張等的冷卻或干燥工藝中還經(jīng)常采用狹縫沖擊射流，此時(shí)噴嘴出口形狀為狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方形，一般其寬度小于長(zhǎng)度的十分之一。18函數(shù)f1、f2、f3可按以下公式計(jì)算：式(10–6)、(110-4傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)部，如果有濃度梯度存在，則每一種組分都有向低濃度方向轉(zhuǎn)移，以減弱這種濃度不均勻的趨勢(shì)?；旌衔锏慕M分在濃度梯度作用下由高濃度向低濃度方向的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱(chēng)為傳質(zhì)，亦稱(chēng)質(zhì)量傳遞。正如溫度差是熱量傳遞的推動(dòng)力那樣，濃度差是質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力。衣服的晾干是日常生活中遇到的空氣-水分二元混合物的傳質(zhì)現(xiàn)象。在能源、動(dòng)力、低溫工程、化工及環(huán)境保護(hù)等工程領(lǐng)域中，存在著大量的物料干燥、加濕、去濕、吸收、脫吸等傳質(zhì)過(guò)程。由于分子運(yùn)動(dòng)而引起的質(zhì)量傳遞過(guò)程稱(chēng)為質(zhì)擴(kuò)散；由于對(duì)流摻混而引起的質(zhì)量傳遞稱(chēng)為質(zhì)對(duì)流。1910-4傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介在含有兩種或兩種以一.混合物濃度的表示方法組分的濃度通常用質(zhì)量濃度和物質(zhì)的量濃度c表示，其定義為：式中：、分別為混合物容積V中組分A及B的質(zhì)量；、分別為混合物容積V中組分A及B的物質(zhì)的量。20一.混合物濃度的表示方法組分的濃度通常用質(zhì)二.質(zhì)擴(kuò)散裴克(Fick)定律及典型擴(kuò)散過(guò)程如圖10-12所示，組分A及組分B被分隔在容器的兩側(cè)，抽去隔板時(shí),由于濃度梯度的存在組分A、B相互擴(kuò)散。單位時(shí)間內(nèi)在垂直于質(zhì)量擴(kuò)散方向的面積上所擴(kuò)散的組分，可用裴克定律計(jì)算：DAB為比例系數(shù)，稱(chēng)為質(zhì)擴(kuò)散率。下角碼AB表示物質(zhì)A向物質(zhì)B擴(kuò)散;負(fù)號(hào)表示質(zhì)量通量密度及物質(zhì)的量的通量指向濃度降低的方向。21二.質(zhì)擴(kuò)散裴克(Fick)定律及典型擴(kuò)散過(guò)程*.兩種典型的擴(kuò)散過(guò)程1.等摩爾逆向擴(kuò)散：如圖10-13所示，設(shè)組分A、B以相同的物質(zhì)的量的通量密度向相反方向擴(kuò)散，則稱(chēng)這種擴(kuò)散過(guò)程為等摩爾逆向擴(kuò)散。計(jì)算式為：22*.兩種典型的擴(kuò)散過(guò)程如圖10-13所因?yàn)镹A=–NB，故得：則有：在氣體分離的蒸餾過(guò)程中，當(dāng)?shù)头悬c(diǎn)組分和高沸點(diǎn)組分的潛熱相近時(shí)，高沸點(diǎn)組分凝結(jié)釋放出的熱量使相同物質(zhì)的量的低沸點(diǎn)組分汽化，則該過(guò)程可近似地按等摩爾逆向擴(kuò)散來(lái)處理。23因?yàn)镹A=–NB，故得：則有：在氣體分2.單向擴(kuò)散考慮如圖10-14所示的量筒底部的水層向頂部大氣的擴(kuò)散過(guò)程。由于水面上水分的蒸發(fā)，水蒸氣不斷地向上擴(kuò)散。設(shè)在量筒口有一股極低流速的氣流不斷地把水蒸氣帶走，則可建立起一個(gè)穩(wěn)態(tài)的擴(kuò)散過(guò)程來(lái)。假設(shè)：(1).擴(kuò)散過(guò)程是穩(wěn)態(tài)的；(2).系統(tǒng)是等溫的；(3).水面上方氣空間的壓力p0為常數(shù)；(4).混合氣體可以作為理想氣體處理。242.單向擴(kuò)散考慮如圖10-14所示的量筒底由假定知：空氣在水中的溶解度幾乎為零，因而不能向水中擴(kuò)散。在這一過(guò)程中水面上的水蒸氣不斷向空氣擴(kuò)散，而空氣不能進(jìn)入水面，因而稱(chēng)為單向擴(kuò)散。量筒口處空氣的分壓力要大于水面上的分壓力，必然有空氣不斷地從量筒口向量筒底擴(kuò)散，會(huì)在水平面上積聚起越來(lái)越多的空氣。為了維持一個(gè)穩(wěn)定的擴(kuò)散過(guò)程，設(shè)想有一股沿水面法線方向向上流動(dòng)的混合氣流，夾帶有空氣，以補(bǔ)償從量筒口向水面的空氣擴(kuò)散。在量筒任一截面上這股氣流的流速應(yīng)使此處空氣的凈質(zhì)量交換率為零，即：25由假定知：空氣在水中的溶解度幾乎為零，因而不該截面上水蒸氣的總質(zhì)量交換率為：對(duì)于理想氣體，有：26該截面上水蒸氣的總質(zhì)量交換率為：對(duì)于理想氣體，有：26將式(e)代入式(d)得：這是在裴克定律的基礎(chǔ)上考慮了單向擴(kuò)散后得出的物質(zhì)的量的通量密度計(jì)算式，稱(chēng)為斯蒂芬(Stephan)定律。將式(a)代入式(10-16)得：積分得：27將式(e)代入式(d)得：這是在裴克定律的基礎(chǔ)上考慮了單向擴(kuò)若以水蒸氣的氣體常數(shù)Rw來(lái)代替摩爾氣體常數(shù)R，則計(jì)算得到的是質(zhì)量通量密度，即：式(10–17)、(10–18)稱(chēng)為斯蒂芬定律的積分表達(dá)式。28若以水蒸氣的氣體常數(shù)Rw來(lái)代替摩爾氣體常數(shù)R，則計(jì)算三.對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)

對(duì)流傳質(zhì)是指當(dāng)流體流經(jīng)一個(gè)相界面時(shí)與界面之間發(fā)生的質(zhì)量交換。計(jì)算公式為：29三.對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)是指當(dāng)流四.質(zhì)量與熱量同時(shí)傳遞的過(guò)程以干濕球溫度計(jì)為例來(lái)分析傳熱、傳質(zhì)過(guò)程中的溫度差及濃度差之間的關(guān)系。如圖10-16所示，當(dāng)一股溫度為t、水蒸氣質(zhì)量濃度為的氣流吹過(guò)濕球時(shí)同時(shí)發(fā)生著對(duì)流傳質(zhì)及對(duì)流傳熱。*.單位水膜面積上的質(zhì)交換為：*.單位面積上的換熱量為：30四.質(zhì)量與熱量同時(shí)傳遞的過(guò)程以干濕球溫度計(jì)10-5傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用1.選用或發(fā)展合適的換熱關(guān)聯(lián)式，以便有效地設(shè)計(jì)各類(lèi)熱交換設(shè)備：在能源、動(dòng)力、化工、冶金等工程部門(mén)中大量地使用著各類(lèi)熱交換設(shè)備。如火力發(fā)電廠中的鍋爐以及火力發(fā)電廠、核電廠的汽輪機(jī)系統(tǒng)中的凝汽器、除氧器、加熱器、冷卻塔，制冷與空調(diào)裝置中制冷介質(zhì)的蒸發(fā)器與冷凝器，石油、化工生產(chǎn)中用的加熱器、重沸器、蒸餾釜，冶金工業(yè)中的各種加熱爐、熱風(fēng)爐等都是熱交換設(shè)備。傳熱學(xué)的應(yīng)用幾乎涉及到每一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。以下我們從10個(gè)方面概要介紹生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用傳熱學(xué)的目的或傳熱學(xué)在發(fā)展某些科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的作用。3110-5傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用12.利用或開(kāi)發(fā)各種強(qiáng)化換熱的手段，以提高傳熱效果、降低材料消耗、改進(jìn)設(shè)備緊湊性由于在許多工藝或生產(chǎn)過(guò)程中換熱器的投資占設(shè)備總投資相當(dāng)大的比例或者是工藝過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因而如何強(qiáng)化傳熱、提高經(jīng)濟(jì)性就成為一項(xiàng)重要的工作。近20年來(lái)涌現(xiàn)出來(lái)的各種翅片管、緊湊式換熱器以及強(qiáng)化制冷劑凝結(jié)與沸騰的多種強(qiáng)化表面就是適應(yīng)這種需要的結(jié)果。322.利用或開(kāi)發(fā)各種強(qiáng)化換熱的手段，以提高傳大型發(fā)電機(jī)中的定子線圈與轉(zhuǎn)子線圈、電子器件中大規(guī)模集成電路的芯片以及核反應(yīng)堆中的燃料棒，在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量；燃?xì)廨啓C(jī)中轉(zhuǎn)子上的葉片、各種車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸及重返大氣層時(shí)航天器的殼體，在運(yùn)行過(guò)程中都受到強(qiáng)烈的加熱。必須及時(shí)把這些熱量有效地傳遞出去，才能保證設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。3.開(kāi)發(fā)或選擇有效的冷卻方法，以提高發(fā)熱(受熱)元件或設(shè)備的冷卻效果，保障設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行33大型發(fā)電機(jī)中的定子線圈與轉(zhuǎn)子線圈、電子器件中4.設(shè)計(jì)絕熱工程、開(kāi)發(fā)絕熱技術(shù)，以節(jié)約能量、保護(hù)環(huán)境幾乎在所有的熱能利用與熱量傳遞場(chǎng)合，都會(huì)遇到不同程度的絕熱問(wèn)題。例如各種工業(yè)爐、窯的爐墻保溫，工業(yè)與民用建筑的采暖與保溫，冷凍、冷藏食品的保存，特別是低溫與極低溫(4K)環(huán)境的保持都需要利用絕熱技術(shù)。344.設(shè)計(jì)絕熱工程、開(kāi)發(fā)絕熱技術(shù)，以節(jié)約能量、5.預(yù)測(cè)加工制造工藝中工件內(nèi)部的溫度場(chǎng)，以合理地控制生產(chǎn)工藝過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，或?yàn)闊釕?yīng)力、熱變形的計(jì)算提供依據(jù)在金屬材料的成型過(guò)程中會(huì)遇到大量的加熱、冷卻、金屬熔化及液態(tài)金屬凝固等復(fù)雜的傳熱問(wèn)題，研究與預(yù)測(cè)這些工藝過(guò)程中工件的溫度場(chǎng)的變化，對(duì)于控制產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率具有重要意義。各種熱力設(shè)備，如汽輪機(jī)與鍋爐的汽包，起動(dòng)、停車(chē)過(guò)程中在壁面中形成的溫差常比正常運(yùn)行時(shí)大，造成較大的熱應(yīng)力。在這種情況下，必須運(yùn)用傳熱學(xué)的知識(shí)計(jì)算溫度場(chǎng)、預(yù)測(cè)熱應(yīng)力，從而制定出可靠的起動(dòng)、停車(chē)制度。電子設(shè)備、精密儀表在運(yùn)行過(guò)程中同樣存在熱變形問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)不同環(huán)境條件下機(jī)內(nèi)溫度工況及變形有合理的計(jì)算。355.預(yù)測(cè)加工制造工藝中工件內(nèi)部的溫度場(chǎng)6.開(kāi)發(fā)新能源、清潔能源，合理利用現(xiàn)有能源傳熱學(xué)在開(kāi)發(fā)新能源中的作用可以太陽(yáng)能利用作為典型。在合理利用現(xiàn)有能源方面，可以相變儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)為例。為了解決普遍存在的日間用電高峰時(shí)段供不應(yīng)求，而后夜低谷時(shí)段電力富裕的問(wèn)題(稱(chēng)為峰谷差)，世界各國(guó)多采用相變儲(chǔ)能技術(shù)，即在夜間電網(wǎng)低谷電價(jià)較低時(shí),采用電動(dòng)制冷機(jī)將冷量?jī)?chǔ)蓄于蓄冷介質(zhì)中(如將水變成冰),然后在日間用電高峰期部分或完全停止電動(dòng)機(jī)組的運(yùn)行，將蓄冷裝置中的冷量釋放出來(lái)，以滿(mǎn)足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝用冷的要求。實(shí)現(xiàn)這種蓄冷的關(guān)鍵問(wèn)題之一是相變換熱的規(guī)律性研究。366.開(kāi)發(fā)新能源、清潔能源，合理利用現(xiàn)有能源7.多孔介質(zhì)中的傳熱傳質(zhì)是與農(nóng)業(yè)、林業(yè)、食品等部門(mén)中的許多操作或工藝有關(guān)的基本物理過(guò)程多孔介質(zhì)是構(gòu)成地球生物圈的最基本的物質(zhì)形式。土壤、巖層、植物與動(dòng)物肌體都屬于多孔介質(zhì)。土壤與植物中的水分遷移，食品、木材、藥品、農(nóng)產(chǎn)品的干燥等都與多孔介質(zhì)中的傳熱傳質(zhì)問(wèn)題有關(guān)。土壤中熱質(zhì)遷移規(guī)律的研究對(duì)于土壤中的水分保持，肥、鹽、污染物的處理具有重要意義。又如，食品的真空冷凍干燥過(guò)程是多孔介質(zhì)中具有運(yùn)動(dòng)相界面的傳熱傳質(zhì)問(wèn)題。這種方法可保留新鮮食品的色、香、味及維生素，是新一代的高質(zhì)量食品保存方法。真空冷卻的方法也用來(lái)冷卻經(jīng)烘焙殺菌的食品。377.多孔介質(zhì)中的傳熱傳質(zhì)是與農(nóng)業(yè)、林業(yè)、8.生物醫(yī)學(xué)工程中存在著大量涉及熱量傳遞各種方式及非牛頓流體的傳熱問(wèn)題生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域存在著大量的能量傳遞及平衡的現(xiàn)象。首先，人體與環(huán)境的換熱就涉及到輻射及多種對(duì)流方式。人體向環(huán)境散熱規(guī)律的研究為設(shè)計(jì)舒適的環(huán)境(如轎車(chē)車(chē)內(nèi)環(huán)境)，提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在人體內(nèi)部更是進(jìn)行著各種常伴有化學(xué)反應(yīng)的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，并且經(jīng)常由于能量傳遞與質(zhì)量傳遞的不平衡導(dǎo)致人體內(nèi)局部或大面積的病變。正是由于傳熱、傳質(zhì)的基本規(guī)律在生命科學(xué)研究中的重要作用，最近十余年來(lái)已逐漸形成了傳熱傳質(zhì)學(xué)的一門(mén)分支學(xué)科——生物傳熱學(xué)。實(shí)際上，人體從各種食物中攝入的營(yíng)養(yǎng)，最終大都以熱能的形式散逸于環(huán)境中，熱量傳遞過(guò)程在生命科學(xué)中的重要性由此可見(jiàn)。388.生物醫(yī)學(xué)工程中存在著大量涉及熱量傳遞各9.傳熱學(xué)的規(guī)律在發(fā)展熱、流科學(xué)測(cè)試儀器中具有重要作用熱線風(fēng)速儀是利用對(duì)流換熱的原理來(lái)測(cè)量流速的一種儀器。熱線是一根直徑均勻的金屬細(xì)絲，通電受熱后置于與氣流流速垂直的位置時(shí)就構(gòu)成了外掠單管的換熱，此時(shí)一般有Nu=A+BRe0.5。通過(guò)這種半經(jīng)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)式可建立起熱絲的通電電流與風(fēng)速之間的關(guān)系。目前，熱線風(fēng)速儀可用來(lái)測(cè)定溫度、密度和濃度。應(yīng)用的另一個(gè)例子是依據(jù)傳熱學(xué)規(guī)律進(jìn)行溫度測(cè)量的輻射溫度計(jì)。根據(jù)斯忒藩-玻耳茲曼定律,一個(gè)表面發(fā)出的輻射能正比于其溫度的四次方，因此，如果用一個(gè)感受元件來(lái)吸收物體發(fā)出的輻射能，原則上就可能感知該發(fā)射表面的溫度。利用檢測(cè)到的物體發(fā)出的紅外輻射，還可確定該物體的圖像，并對(duì)物體進(jìn)行跟蹤與識(shí)別。399.傳熱學(xué)的規(guī)律在發(fā)展熱、流科學(xué)測(cè)試儀器中10.高新技術(shù)的發(fā)展不斷地向傳熱學(xué)研究提出新的挑戰(zhàn)20世紀(jì)最后20余年發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)常常與傳熱問(wèn)題密切相關(guān)。例如，現(xiàn)代通訊工具的重要元件——光纖的生產(chǎn)過(guò)程與傳熱、傳質(zhì)及流動(dòng)過(guò)程密切相關(guān)。盡管光纖的年生產(chǎn)量在飛速發(fā)展，然而光纖生產(chǎn)的質(zhì)量還不穩(wěn)定。光纖的制造過(guò)程是先將熔融狀態(tài)的硅棒拉成纖維，然后進(jìn)入涂層區(qū)，將聚合物涂在制成的纖維的表面上，以保護(hù)其原有的玻璃表面及纖維強(qiáng)度。涂層后的光纖直徑幾乎加倍。涂層質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響光纖的光學(xué)特性。光纖涂層杯內(nèi)流動(dòng)與換熱的情況十分復(fù)雜。查明這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的流動(dòng)與換熱規(guī)律是掌握光纖涂層過(guò)程的機(jī)理所必須的。4010.高新技術(shù)的發(fā)展不斷地向傳熱學(xué)研究提出新完41完41第十章

幾個(gè)專(zhuān)題42第十章

幾個(gè)專(zhuān)題1第十章幾個(gè)專(zhuān)題10-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題(371頁(yè))10-2熱管及其應(yīng)用(376頁(yè))10-3射流沖擊換熱(379頁(yè))10-4傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介(382頁(yè))10-5傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用(392頁(yè))43第十章幾個(gè)專(zhuān)題10-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題10-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題太陽(yáng)是個(gè)熾熱的氣團(tuán)，它的內(nèi)部不斷地進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，由此產(chǎn)生的巨大能量以輻射方式向宇宙空間發(fā)射出去。到達(dá)地球大氣層外緣的能量，具有如圖10-1中位置較高的實(shí)線所示的光譜特性，近似于溫度為5762K的黑體輻射。4410-1太陽(yáng)能利用中的傳熱問(wèn)題太陽(yáng)是個(gè)日地間的距離在一年中是有變化的。在日地平均距離處，大氣層外緣與太陽(yáng)射線相垂直的單位表面積所接受到的太陽(yáng)輻射能為。此值稱(chēng)為太陽(yáng)常數(shù)，記為Sc,它與地理位置或一天中的時(shí)間無(wú)關(guān)。實(shí)際上，大氣層外緣水平面上每單位面積接受到的太陽(yáng)輻射能為：式中：f——地日距離修正系數(shù)，f=0.97~1.03；——太陽(yáng)射線與地面法線間的夾角，稱(chēng)天頂角。45日地間的距離在一年中是有變化的。在日地平均距在太陽(yáng)能利用中會(huì)碰到許多傳熱問(wèn)題，現(xiàn)以太陽(yáng)能集熱器為例來(lái)分析。太陽(yáng)能集熱器是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)(水)的熱能的設(shè)備，典型的集熱器如圖10-3所示：太陽(yáng)能在穿過(guò)透明的蓋板后投射到吸熱面上。為了提高效率，在吸熱面上常涂有對(duì)太陽(yáng)輻射具有很高光譜吸收比的涂層。所謂太陽(yáng)能集熱器的效率,可定義為集熱器的有效收益熱流密度qg與投入集熱器的太陽(yáng)輻射Gs的比值，即：46在太陽(yáng)能利用中會(huì)碰到許多傳熱問(wèn)題，現(xiàn)以太陽(yáng)能提高太陽(yáng)能集熱器效率的途徑是，在保持最大限度采集太陽(yáng)輻射的同時(shí),盡可能減小其對(duì)流和輻射熱損失。措施之一是：利用對(duì)太陽(yáng)光透明的玻璃或塑料薄膜使吸熱面不直接暴露于外界環(huán)境。如圖10-4所示，普通玻璃對(duì)m的熱輻射有很高的穿透比，而對(duì)>m的熱輻射的穿透比很小。于是大部分太陽(yáng)輻射能穿過(guò)玻璃進(jìn)入有吸熱面的腔內(nèi)，而吸熱面發(fā)出的常溫下的長(zhǎng)波輻射卻被玻璃阻隔在腔內(nèi)，從而產(chǎn)生了所謂溫室效應(yīng)。47提高太陽(yáng)能集熱器效率的途徑是，在保持最大限度吸熱面的輻射特性對(duì)集熱器效率也是重要的。以圖10-3所示的平板型集熱器為例，在熱穩(wěn)態(tài)情況下，集熱器單位面積的熱平衡方程為：可采用灰體平行平板間的輻射換熱公式計(jì)算：代入式(10-3)化簡(jiǎn)，得：48吸熱面的輻射特性對(duì)集熱器效率也是重要的。以圖太陽(yáng)能利用中吸熱面材料理想的輻射特性應(yīng)是：在0.3~3m的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜吸收比接近于1，而在大于3m的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜吸收比接近于零。即要求s盡可能大，而盡可能小。用人工的方法改造表面，如對(duì)材料表面覆蓋涂層是提高s/值的有效手段，這種涂層稱(chēng)為光譜選擇性涂層，如在銅材上電鍍黑鎳鍍層，其吸收比特性如圖10-5中曲線2所示。黑鎳鍍層的厚度對(duì)表面特性的影響示于表10-1。49太陽(yáng)能利用中吸熱面材料理想的輻射特性應(yīng)是：在表10-1黑鎳鍍層厚度對(duì)輻射特性的影響（鍍層表面溫度為50C）由表中可以看出，黑鎳鍍層使s/值可提高到10左右。50表10-1黑鎳鍍層厚度對(duì)輻射特性的影響（鍍層表面溫不僅人工研制的涂層表面對(duì)太陽(yáng)能的吸收比不等于其自身的發(fā)射率，一般材料也常是如此。表10-2部分材料對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比及自身發(fā)射率51不僅人工研制的涂層表面對(duì)太陽(yáng)能的吸收比不等于10-2熱管及其應(yīng)用熱管是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的具有特別高的導(dǎo)熱性能的傳熱元件。圖10-6為其工作原理示意圖。工作液在熱管內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，把熱量從加熱段傳遞到散熱段。5210-2熱管及其應(yīng)用熱管是20世紀(jì)帶有吸液芯的熱管有突出的優(yōu)點(diǎn)——對(duì)蒸發(fā)段與冷凝段的位置沒(méi)有任何限制，但其制造成本較高，多用于航天事業(yè)中。地面上常采用依靠重力回流冷凝液的重力熱管。這時(shí)冷凝段必須位于蒸發(fā)段之上。如圖10-7所示。重力熱管中應(yīng)用最廣的是鋼-水熱管。鋼-水熱管在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不凝結(jié)氣體——?dú)錃?，并最終聚集到冷凝段使凝結(jié)換熱惡化，以致使熱管性能變壞或失效。這種現(xiàn)象稱(chēng)為鋼-水的不相容性。53帶有吸液芯的熱管有突出的優(yōu)點(diǎn)——對(duì)蒸發(fā)段與冷下面我們以一根鋼-水重力熱管為例來(lái)分析其熱傳遞過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻大小。設(shè)熱管的外徑do=25mm，內(nèi)徑di=21mm，蒸發(fā)段長(zhǎng)度le及冷凝段長(zhǎng)度lc均為1m，碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)=43.2W/(m·K)。熱量從熱流體傳到冷流體的過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻如下：設(shè)蒸發(fā)段外表面總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為ho，e，則：(1).從熱流體到蒸發(fā)段外壁的換熱熱阻R1(2).從蒸發(fā)段外壁到內(nèi)壁的導(dǎo)熱熱阻R254下面我們以一根鋼-水重力熱管為例來(lái)分析其熱傳(3).蒸發(fā)段換熱熱阻R3

設(shè)蒸發(fā)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi,e=5000W/(m2·K),則：(4).從蒸發(fā)段到冷凝段蒸汽流動(dòng)的壓降所引起的熱阻R4

蒸汽的壓降導(dǎo)致飽和溫度下降,這等價(jià)于存在一個(gè)熱阻。但實(shí)際上由于壓降很小，因而所引起的相應(yīng)的溫差也很小，所以R40。(5).冷凝段固體壁面導(dǎo)熱熱阻R5

R5與R2相同，為6.410-4K/W。55(3).蒸發(fā)段換熱熱阻R3(4).從蒸發(fā)段到冷凝段(6).冷凝段換熱熱阻R6

取凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為hi，c=6000W/(m2·K)，則(7).冷凝段外管壁與冷流體間的換熱熱阻設(shè)冷流體的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為ho，c，則在R1~R7中，屬于熱管內(nèi)部的熱阻為R2~R6，其和為6.7810-3K/W。一根長(zhǎng)2m、直徑為25mm的銅棒的熱阻是上述鋼-水熱管的1500倍。熱管的這種特別優(yōu)良的導(dǎo)熱性能又被稱(chēng)為“超導(dǎo)熱性”。56(6).冷凝段換熱熱阻R610-3射流沖擊換熱當(dāng)需要在換熱表面的局部地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈的換熱效果時(shí)，可采用沖擊射流。沖擊射流已廣泛用于平板玻璃回火、金屬薄板退火、紡織品或紙張干燥、燃?xì)廨啓C(jī)葉片冷卻及電子器件冷卻等技術(shù)中。在這種換熱方式中，氣體或液體在壓差作用下通過(guò)一個(gè)圓形或窄縫形噴嘴垂直（或成一定傾角）地噴射到被冷卻的表面上，從而使直接受到?jīng)_擊的區(qū)域產(chǎn)生很強(qiáng)的換熱效果。如圖10-9、10-10所示。射流到達(dá)壁面前的區(qū)域稱(chēng)為自由射流。抵達(dá)壁面后，射流向四周沿著壁面流開(kāi)，形成貼壁射流區(qū)。固體表面上正對(duì)噴嘴中心處稱(chēng)為滯止區(qū)。這里的局部換熱強(qiáng)度特別高。5710-3射流沖擊換熱當(dāng)需要在換熱表面的局圖10-11示出了一些典型情況下滯止區(qū)及其附近局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化情況。*.滯止區(qū)以外的射流沖擊區(qū)域中的平均換熱特性為：58圖10-11示出了一些典型情況下滯止區(qū)及其附函數(shù)f1、f2、f3可按以下公式計(jì)算：式(10–6)、(10–7)的適用范圍為：在玻璃、紙張等的冷卻或干燥工藝中還經(jīng)常采用狹縫沖擊射流，此時(shí)噴嘴出口形狀為狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方形，一般其寬度小于長(zhǎng)度的十分之一。59函數(shù)f1、f2、f3可按以下公式計(jì)算：式(10–6)、(110-4傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)部，如果有濃度梯度存在，則每一種組分都有向低濃度方向轉(zhuǎn)移，以減弱這種濃度不均勻的趨勢(shì)?；旌衔锏慕M分在濃度梯度作用下由高濃度向低濃度方向的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱(chēng)為傳質(zhì)，亦稱(chēng)質(zhì)量傳遞。正如溫度差是熱量傳遞的推動(dòng)力那樣，濃度差是質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力。衣服的晾干是日常生活中遇到的空氣-水分二元混合物的傳質(zhì)現(xiàn)象。在能源、動(dòng)力、低溫工程、化工及環(huán)境保護(hù)等工程領(lǐng)域中，存在著大量的物料干燥、加濕、去濕、吸收、脫吸等傳質(zhì)過(guò)程。由于分子運(yùn)動(dòng)而引起的質(zhì)量傳遞過(guò)程稱(chēng)為質(zhì)擴(kuò)散；由于對(duì)流摻混而引起的質(zhì)量傳遞稱(chēng)為質(zhì)對(duì)流。6010-4傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介在含有兩種或兩種以一.混合物濃度的表示方法組分的濃度通常用質(zhì)量濃度和物質(zhì)的量濃度c表示，其定義為：式中：、分別為混合物容積V中組分A及B的質(zhì)量；、分別為混合物容積V中組分A及B的物質(zhì)的量。61一.混合物濃度的表示方法組分的濃度通常用質(zhì)二.質(zhì)擴(kuò)散裴克(Fick)定律及典型擴(kuò)散過(guò)程如圖10-12所示，組分A及組分B被分隔在容器的兩側(cè)，抽去隔板時(shí),由于濃度梯度的存在組分A、B相互擴(kuò)散。單位時(shí)間內(nèi)在垂直于質(zhì)量擴(kuò)散方向的面積上所擴(kuò)散的組分，可用裴克定律計(jì)算：DAB為比例系數(shù)，稱(chēng)為質(zhì)擴(kuò)散率。下角碼AB表示物質(zhì)A向物質(zhì)B擴(kuò)散;負(fù)號(hào)表示質(zhì)量通量密度及物質(zhì)的量的通量指向濃度降低的方向。62二.質(zhì)擴(kuò)散裴克(Fick)定律及典型擴(kuò)散過(guò)程*.兩種典型的擴(kuò)散過(guò)程1.等摩爾逆向擴(kuò)散：如圖10-13所示，設(shè)組分A、B以相同的物質(zhì)的量的通量密度向相反方向擴(kuò)散，則稱(chēng)這種擴(kuò)散過(guò)程為等摩爾逆向擴(kuò)散。計(jì)算式為：63*.兩種典型的擴(kuò)散過(guò)程如圖10-13所因?yàn)镹A=–NB，故得：則有：在氣體分離的蒸餾過(guò)程中，當(dāng)?shù)头悬c(diǎn)組分和高沸點(diǎn)組分的潛熱相近時(shí)，高沸點(diǎn)組分凝結(jié)釋放出的熱量使相同物質(zhì)的量的低沸點(diǎn)組分汽化，則該過(guò)程可近似地按等摩爾逆向擴(kuò)散來(lái)處理。64因?yàn)镹A=–NB，故得：則有：在氣體分2.單向擴(kuò)散考慮如圖10-14所示的量筒底部的水層向頂部大氣的擴(kuò)散過(guò)程。由于水面上水分的蒸發(fā)，水蒸氣不斷地向上擴(kuò)散。設(shè)在量筒口有一股極低流速的氣流不斷地把水蒸氣帶走，則可建立起一個(gè)穩(wěn)態(tài)的擴(kuò)散過(guò)程來(lái)。假設(shè)：(1).擴(kuò)散過(guò)程是穩(wěn)態(tài)的；(2).系統(tǒng)是等溫的；(3).水面上方氣空間的壓力p0為常數(shù)；(4).混合氣體可以作為理想氣體處理。652.單向擴(kuò)散考慮如圖10-14所示的量筒底由假定知：空氣在水中的溶解度幾乎為零，因而不能向水中擴(kuò)散。在這一過(guò)程中水面上的水蒸氣不斷向空氣擴(kuò)散，而空氣不能進(jìn)入水面，因而稱(chēng)為單向擴(kuò)散。量筒口處空氣的分壓力要大于水面上的分壓力，必然有空氣不斷地從量筒口向量筒底擴(kuò)散，會(huì)在水平面上積聚起越來(lái)越多的空氣。為了維持一個(gè)穩(wěn)定的擴(kuò)散過(guò)程，設(shè)想有一股沿水面法線方向向上流動(dòng)的混合氣流，夾帶有空氣，以補(bǔ)償從量筒口向水面的空氣擴(kuò)散。在量筒任一截面上這股氣流的流速應(yīng)使此處空氣的凈質(zhì)量交換率為零，即：66由假定知：空氣在水中的溶解度幾乎為零，因而不該截面上水蒸氣的總質(zhì)量交換率為：對(duì)于理想氣體，有：67該截面上水蒸氣的總質(zhì)量交換率為：對(duì)于理想氣體，有：26將式(e)代入式(d)得：這是在裴克定律的基礎(chǔ)上考慮了單向擴(kuò)散后得出的物質(zhì)的量的通量密度計(jì)算式，稱(chēng)為斯蒂芬(Stephan)定律。將式(a)代入式(10-16)得：積分得：68將式(e)代入式(d)得：這是在裴克定律的基礎(chǔ)上考慮了單向擴(kuò)若以水蒸氣的氣體常數(shù)Rw來(lái)代替摩爾氣體常數(shù)R，則計(jì)算得到的是質(zhì)量通量密度，即：式(10–17)、(10–18)稱(chēng)為斯蒂芬定律的積分表達(dá)式。69若以水蒸氣的氣體常數(shù)Rw來(lái)代替摩爾氣體常數(shù)R，則計(jì)算三.對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)

對(duì)流傳質(zhì)是指當(dāng)流體流經(jīng)一個(gè)相界面時(shí)與界面之間發(fā)生的質(zhì)量交換。計(jì)算公式為：70三.對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)是指當(dāng)流四.質(zhì)量與熱量同時(shí)傳遞的過(guò)程以干濕球溫度計(jì)為例來(lái)分析傳熱、傳質(zhì)過(guò)程中的溫度差及濃度差之間的關(guān)系。如圖10-16所示，當(dāng)一股溫度為t、水蒸氣質(zhì)量濃度為的氣流吹過(guò)濕球時(shí)同時(shí)發(fā)生著對(duì)流傳質(zhì)及對(duì)流傳熱。*.單位水膜面積上的質(zhì)交換為：*.單位面積上的換熱量為：71四.質(zhì)量與熱量同時(shí)傳遞的過(guò)程以干濕球溫度計(jì)10-5傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用1.選用或發(fā)展合適的換熱關(guān)聯(lián)式，以便有效地設(shè)計(jì)各類(lèi)熱交換設(shè)備：在能源、動(dòng)力、化工、冶金等工程部門(mén)中大量地使用著各類(lèi)熱交換設(shè)備。如火力發(fā)電廠中的鍋爐以及火力發(fā)電廠、核電廠的汽輪機(jī)系統(tǒng)中的凝汽器、除氧器、加熱器、冷卻塔，制冷與空調(diào)裝置中制冷介質(zhì)的蒸發(fā)器與冷凝器，石油、化工生產(chǎn)中用的加熱器、重沸器、蒸餾釜，冶金工業(yè)中的各種加熱爐、熱風(fēng)爐等都是熱交換設(shè)備。傳熱學(xué)的應(yīng)用幾乎涉及到每一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。以下我們從10個(gè)方面概要介紹生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用傳熱學(xué)的目的或傳熱學(xué)在發(fā)展某些科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的作用。7210-5傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用12.利用或開(kāi)發(fā)各種強(qiáng)化換熱的手段，以提高傳熱效果、降低材料消耗、改進(jìn)設(shè)備緊湊性由于在許多工藝或生產(chǎn)過(guò)程中換熱器的投資占設(shè)備總投資相當(dāng)大的比例或者是工藝過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因而如何強(qiáng)化傳熱、提高經(jīng)濟(jì)性就成為一項(xiàng)重要的工作。近20年來(lái)涌現(xiàn)出來(lái)的各種翅片管、緊湊式換熱器以及強(qiáng)化制冷劑凝結(jié)與沸騰的多種強(qiáng)化表面就是適應(yīng)這種需要的結(jié)果。732.利用或開(kāi)發(fā)各種強(qiáng)化換熱的手段，以提高傳大型發(fā)電機(jī)中的定子線圈與轉(zhuǎn)子線圈、電子器件中大規(guī)模集成電路的芯片以及核反應(yīng)堆中的燃料棒，在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量；燃?xì)廨啓C(jī)中轉(zhuǎn)子上的葉片、各種車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸及重返大氣層時(shí)航天器的殼體，在運(yùn)行過(guò)程中都受到強(qiáng)烈的加熱。必須及時(shí)把這些熱量有效地傳遞出去，才能保證設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。3.開(kāi)發(fā)或選擇有效的冷卻方法，以提高發(fā)熱(受熱)元件或設(shè)備的冷卻效果，保障設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行74大型發(fā)電機(jī)中的定子線圈與轉(zhuǎn)子線圈、電子器件中4.設(shè)計(jì)絕熱工程、開(kāi)發(fā)絕熱技術(shù)，以節(jié)約能量、保護(hù)環(huán)境幾乎在所有的熱能利用與熱量傳遞場(chǎng)合，都會(huì)遇到不同程度的絕熱問(wèn)題。例如各種工業(yè)爐、窯的爐墻保溫，工業(yè)與民用建筑的采暖與保溫，冷凍、冷藏食品的保存，特別是低溫與極低溫(4K)環(huán)境的保持都需要利用絕熱技術(shù)。754.設(shè)計(jì)絕熱工程、開(kāi)發(fā)絕熱技術(shù)，以節(jié)約能量、5.預(yù)測(cè)加工制造工藝中工件內(nèi)部的溫度場(chǎng)，以合理地控制生產(chǎn)工藝過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，或?yàn)闊釕?yīng)力、熱變形的計(jì)算提供依據(jù)在金屬材料的成型過(guò)程中會(huì)遇到大量的加熱、冷卻、金屬熔化及液態(tài)金屬凝固等復(fù)雜的傳熱問(wèn)題，研究與預(yù)測(cè)這些工藝過(guò)程中工件的溫度場(chǎng)的變化，對(duì)于控制產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率具有重要意義。各種熱力設(shè)備，如汽輪機(jī)與鍋爐的汽包，起動(dòng)、停車(chē)過(guò)程中在壁面中形成的溫差常比正常運(yùn)行時(shí)大，造成較大的熱應(yīng)力。在這種情況下，必須運(yùn)用傳熱學(xué)的知識(shí)計(jì)算溫度場(chǎng)、預(yù)測(cè)熱應(yīng)力，從而制定出可靠的起動(dòng)、停車(chē)制度。電子設(shè)備、精密儀表在運(yùn)行過(guò)程中同樣存在熱變形問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)時(shí)必