传热传质学
研究物质的热量及质量传递规律的科学
传热传质学是研究物质的热量及质量传递规律的科学。传热学研究不同温度物体或同一物体不同温度部分热量的传递过程。
发展历史
1701年牛顿 (I.Newton) 提出牛顿冷却定律, 给出了表示对流换热强度的换热系数定义式,但揭示对流换热物理本质是在19世纪流体力学有足够发展之后。1883年雷诺 (L.P.Reynolds) 提出的层流、 湍流概念,1904年普朗特 (L.P.Prandtl) 的边界层理论及1915年努谢尔特 (E.K.W.Nusselt) 的因次分析,从理论和实验上为研究对流换热奠定了基础。
在导热方面,1804年毕奥 (J.B.Biot) 提出导热规律后,1822年傅里叶 (J.B.J.Fourier) 给出了定量的、 微分形式的傅里叶定律,为导热的研究奠定了基础。 热辐射方面,首先在热力学方法的研究基础上,于 1860年基尔霍夫 (G.R.Kirchhoff) 提出在热平衡条件下,物体的发射率和吸收率间的关系——基尔霍夫定律。1878年斯忒藩 (J.Stefan) 通过实验揭示了辐 射能量与绝对温度四次方成正比的关系,1884年为玻耳兹曼 (L.E.Boltzman) 在理论上所证明,后称为斯忒藩——玻尔兹曼定律。1900年普朗克用经典 量子理论提出了黑体辐射能量与绝对温度、波长的关 系。这些发现为辐射换热奠定了基础。
在传质方面, 1855年费克 (A.Fick) 提出了反映分子扩散中质量传递与浓度梯度关系的公式——费克定律。1929年施密特 (E.H.Schmidt) 指出传质与换热的类同关系。由上可看出传热学作为学科形成于19世纪,而传热传质学的名称直到20世纪才提出来。
学科内容
传质学研究两种或多种组分物质中,物质由高浓度向低 浓度方向的传递过程。传热的基本方式有热传导、热 对流和热辐射三种。直接接触的物体依靠微观粒子的 热运动产生的热量传递称为热传导,也称导热。
不同温度的流体各部分之间发生宏观的相对运动引起的热 量传递称为热对流。工程中将流体与所接触的固体表面间的热量交换过程称为对流换热。它是导热与热对流综合作用的结果,又称对流传热或对流放热。物体由于热原因发出的辐射能称为热辐射。
物体间依靠热辐射传递热量的过程称为辐射换热,又称辐射传热。 工程中常出现多种传热方式共同作用的热量传递过程,有时并伴随着传质。
应用领域
20世纪以来,由于机械、动力、化工、冶金、 建筑、宇航、食品、电子等工业发展的要求,传热传质学与热力学、流体力学、燃烧学、电磁学、计算数学、机械工程学等一些学科相互渗透,获得迅速发展,并且出现了许多重要的分支。其应用研究还正在渗入到农业、生物、医学、地质、气象等更为广泛的领域。
在传统的导热、对流、辐射领域内出现很多新内容,如: 复杂几何、物理条件下的温度分布,异形管槽的对流换热,含有吸收、散射性介质的辐射换热等。
按学科内容分,如: 描述沸腾、凝结、冻结及溶化的相变换热;多孔介质中的换热;高温、高速或真空中的传热;描写辐射换热与其他换热共同作用的复合换热;等离子体中的换热;干燥;传热的数值计算等。按应用分,如: 换热器;炉内传热;实验技术与设备;热管技术;太阳能等。
参考资料
最新修订时间:2024-06-13 15:08
目录
概述
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