传热学在航空航天的应用.docx

《 传热学综述及在航空航天中的应用 》
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传热学综述及在航空航天中的应用
一 传热学基本原理
导热基本定律是由法国物理学家傅里叶于 1822 年通过实验经验的提炼、运
用数学方法演绎得出,也称傅里叶定律:

A
dT
dx
式中: 为导热热流量( W ),单位时间内通过某一给定面积的热量; A 为与
热流方向垂直的面积; dT/dx 表示该截面上沿热流方向的温度增量,简称为温度
梯度( K/m ); 是比例系数,称为导热系数或导热率 [W/(m ×K)] 。
热对流是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量
传递现象。特点:只能发生在流体中;必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递。 热对流换热的基本定律是英国科
学家牛顿( Newton)于 1701 年提出的牛顿冷却定律:
hA(Tw
T f )
式中: 为对流换热热流量( W ); 和 分别表示壁面温度和流体温度(℃或
K);A 为固体壁面对流换热表面积 ( );h 为对流换热系数, 也称表面传热系数 。
h 不是物性参数,其值反映了对流换热能力的大小,与换热过程中得许多因素有
关。
热辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。
在热量传递方式上, 热辐射与热传导和热对流相比具有许多固有的特点: 热辐射
无需物体直接接触,可以在无中间介质的真空中传递,并且 真空度越高,热辐
射传递效果越好。 在传递过程中伴随着能量形式的转换, 即发射时将热能转换为
辐射能,而被吸收时又将辐射能转换为热能。 任何热力学温度大于零的物体都不
停地向空间发出热辐射。
热辐射基本定律:
AT
4
式中:   为辐射热流量 ( W );T 为热力学温度 ( K );A 为辐射表面积 ( m  );
2
   10  W / (m   K  ) 。
为斯特藩 -波尔兹曼常数,也称黑体辐射常数,其值为
8           2     4
实际物体辐射热流量的计算可以采用斯特藩 -波尔兹曼定律的修正形式:
AT
4
式中: 称为该物体的辐射率,也称黑度。其值恒小于 1,与物体的种类及
表面状态有关。
二 .传热学在工程中的应用
能源是人类存在的基石, 也是人类文明的动力。 热量是能源利用过程中最主
要的物质,传热学则是研究因温度差异引起的热量传递过程的一门学科。
传热学的应用无处不在,包括能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机
械以及食品、轻工、纺织、医药等传统工业,航空航天、核能、微电子、材料、
生物医学工程、 环境工程、 新能源以及农业工程等很多高新技术领域。 随着理论
试验研究与生产生活的结合,衍生出微尺度传热、生物传热相变与多相流传热、
低温传热、等许多交叉分支学科。
流动与热交换现象大量地出现在自然界及各个工程领域中, 其具体的表现形
式多种多样。 从现代楼宇的暖通空调过程到自然界风霜雨雪的形成, 从航天飞机
重返大气层时壳体的保护到微电子器件的有效冷却, 从现代汽车流线外型的确定
到紧凑式换热器中翅片形状的选取,无不都与流动和传热