传输原理第一章-绪论.docVIP

绪 论 传热学是研究热量传递过程规律的科学。 自然界和生产过程中，到处存在温度差，热量将自发地由高温物体传递到低温物体，热传递就成为一种极为普遍的物理现象。因此，传热学有着十分广泛的应用领域。就各类工业领域而言，诸如，锅炉和换热设备的设计以及为强化换热和节能而改进锅炉及其他换热设备的结构；化学工业生产中，为维持工艺流程的温度，要求研究特定的加热、冷却以及余热的回收技术；电子工业中解决集成电路或电子仪器的散热方法；机械制造工业测算和控制冷加工或热加工中机件的温度场；交通运输业在冻土地带修建铁路、公路；核能、航天等尖端技术中也都存在大量传热问题需要解决；太阳能、地热能、工业余热利用及其他可再生能源工程中高效能换热器的开发和设计等；应用传热学知识指导强化传热或削弱传热达到节能目的；其他如农业、生物、医学、地质、气象、环境保护等部门，无一不需要传热学。因此，传热学已是现代技术科学的主要技术基础学科之一。近几十年来，传热学的成果对各部门技术进步起了很大的促进作用，而传热规律的深入研究，又推动了学科的迅速发展。 在建筑领域，我国建筑消耗的能源与社会全部能源之比，已经接近1/3，而建筑供热能耗占到其中的1/2，现有的400多亿平方米（2006年）建筑中95%左右是高能耗，单位建筑面积采暖能耗相当于相同气候地区发达国家的2-3倍。即使是新建的，也有50%是高能耗。这种现状，使“建筑节能”已经成为十分紧迫的问题。因此，从2005年开始，国内所有新建筑工程，都被强制要求在以往的能源消耗水平上节约65%。几百亿平方米的旧建筑，也要逐步进行改造，达到节能的要求，这是新时代的巨大工程，为实现节能所采取的技术措施必然涉及传热学知识。例如各种建筑围护结构材料、门窗、供热设备管道的保温材料等的研制、生产、施工及其热物理性质的测试、热损失的分析计算；热源和冷源设备的选择、配套和合理有效利用；供热通风空调及燃气产品的开发、设计和实验研究；各类采暖散热器和换热器的设计、选择和性能评价；建筑物的热工计算和环境保护等等。传热学成为本专业的重要技术基础课程。 热传递过程有时还伴随着由于物质浓度差引起的质量传递过程，即传质过程。如空调系统中，冷的喷淋水与空气的热质交换过程；湿空气参数的测量；蒸发式冷凝器中冷却水蒸发时的传热和传质；建筑围护结构中水分的转移过程；水果蔬菜等农产品的气调保鲜等等，都与传质密切相关。为此，本书在着重阐述传热问题之后，还以专门的一章，讨论由浓度差引起的质传递问题的基本规律和计算。 0－1热传递的基本方式 为了由浅入深地认识和掌握热传递规律，先来分析一些常见的热传递现象。例如密实的房屋砖墙或混凝土墙在冬季的散热，整个过程如图0－1所示可分为三段，首先热由室内空气以对流换热和墙与室内物体间的辐射方式传给墙内表面；再由墙内表面以固体导热方式传递到墙外表面；最后由墙外表面以空气对流换热和墙与周围物体间的辐射方式把热传递到室外环境。显然在其他条件不变时，室内外温度差越大，传递的热量也越大。又如，热水采暖散热器的热传递过程，热水的热量先以对流换热方式传给散热器壁内侧，再由导热方式通过壁，然后散热器壁外侧以空气对流换热和壁与周围物体间的辐射换热方式将热量传给室内。从实例不难了解，热量传递过程是由导热、热对流、热辐射三种基本热传递方式组合形成的。要了解传热过程的规律，就必须首先分别分析三种基本热传递方式。绪论将对这三种基本热传递方式作扼要解释，并给出它们的最基本的表达式，使读者对传热学的全貌和学习目的有一梗概认识。 图0—l 墙壁的散热 一、导热 导热又称热传导，是指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象，导热是物质的属性，导热过程可以在固体、液体及气体中发生。但在引力场下，单纯的导热一般只发生在密实的固体中，因为，在有温差时，液体和气体中可能出现热对流而难以维持单纯的导热。 大平壁导热是导热的典型问题之一，参见图0-2。由前述墙壁的导热过程看出，平壁导热量与壁两侧表面的温度差和平壁面积成正比；与壁厚成反比；并与材料的导热性能有关。因此，通过平壁的导热量的计算式是： W (0-1a) 或热流密度（每平方米的热流量） (0-1b) 式中 A— 壁面积， — 壁厚， m； — 壁两侧表