传热学介绍
本期推送目录如下：
1. 热量传输概论
1.1 热量传输方式
1.2 传热过程与传热系数
2. 热传导定律与理论
2.1 导热基本定律
2.2 导热控制方程
3. 对流传热定律与理论
3.1 对流换热概述
3.2 对流换热的控制方程
3.3 对流换热的边界层微分方程
4. 热辐射基本定律
1. 热量传输概论
传热学是研究由温度差引起的热量传输规律的科学。凡是有温度差的地方，就有热量自发地从高温物体传向低温物体，或从物体的高温部分传向低温部分。传热学在工农业生产和生活中有着极为广泛的用途。
1.1 热量传输方式
热量传输有三种基本方式：导热、对流和热辐射。(1)导热。物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传输称为导热，或热传导。固体内部热量从温度较高的部分传输到温度较低的部分，以及温度较高的固体把热量传输给与之接触的温度较低的另一固体，这些都是导热现象。(2)对流传热。流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传输过程是对流传热。有三种对流换热方式：
①自然对流，由于流体冷热各部分的密度不同而引起的：
②强制对流，流体的流动是由水泵、风机或其他压差作用所造成的：
③有相变的对流换热，液体在热表面上沸腾，以及蒸气在冷表面上凝结的对流换热。
对流换热服从牛顿对流换热公式：
式中， 是表面传热系数， ; 是热流密度， ; 是温度； 及 分别为壁面温度和流体温度。从对流换热角度讲，水的对流换热比空气强烈；有相变的换热优于无相变的换热：强制对流高于自然对流换热。
(3)热辐射。物体通过电磁波来传输能量的方式称为辐射。物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传输，称为辐射换热。
导热、对流与辐射三种传热方式有较大的区别：导热与对流方式仅在有物质的条件下才能实现；而辐射在真空状态下仍可以传输，而且传输最有效。
1.2 传热过程与传热系数
在复杂的传热系统中，热量由温度高处传输到低处的整个环节，称为传热过程。在工程分析中，常常忽略过程的每一个细节，而用一个简单的传热系数概括之，这种描述方法和理论也称为传热方程，其系数称为传热系数。如图1.1所示，从高温热流体到低温流体经历的传热过程，可描述为
图1.1 传热过程的剖析
三式相加，消去温度 和 得到
式中，k为传热系数， ； 是热流量， 。
由此得到：在一个串联的热量传输过程中，如果各个环节的热流量都相等，则各串联环节的总热阻等于各串联环节的热阻之和。用传热系数表示，其传热方程可以简写为
2. 热传导定律与理论
2.1 导热基本定律
1. 温度场
像重力场、速度场一样，物体中存在着温度的场，称为温度场；温度场空间内各点的温度是空间坐标和时间的函数， 。当物体内温度不随时间变化时，即 ,称为稳态温度场（定常）；当物体内温度随时间变化时，即 ，称为非稳态温度场（非定常）。
2. 傅里叶导热基本定律
1822年法国科学家傅里叶(ourier,.17681830)在大量实验基础上提出：单位时间内通过给定截面的热量，正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传输的方向则与温度升高的方向相反，
式中， 是单位面积的热流量，称为热流密度， ;入是导热系数， ,它是与材料性质和温度有关的参数； 是温度梯度。这就是著名的热传导定律。根据傅里叶定律，测定的几种材料的导热系数见表2.1，导热系数对温度的依变关系见图2.1。
表2.1 几种材料的导热系数表
图2.1 导热系数对温度的依变关系
来源：STEM与计算机方法
