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1、传热学与机械制造天津工业南校机械工棍学院孟祥全1331037008摘要自18世圮30年头共创近代动力机横以来，人美的生产力出现了庚的飞武.生产水平常上了一个个新的台阶。随后的蒸汽轮机、内墙机乃至燃t轮机的接连应用则更使能源的转换和利用技表达到了前所未有的扁施阶段，这个进在至今仍在接出当中.传热学是探讨热黄传遗规律的一门学科.传热学与机侬学科联系号密川.传热学科的建立与发展、不新完劣和提高是与上述过秘相伴而行的。热传递现Si更是无时无处不在，它的影响几乎遇及全部的工业部门，也浮选到农业、林业学根多技水部门中。航空航天、祓能、徭电子、材料、生物医芋工程、环境工程、新能,源以及农业工程等由多高新技术
2、领域都在不同包度上应用传热探讨的为新成果。关钺词热传递：传热学；机械领域；发展通为1 传篇学1.1 传熊学的富余通常被称为热科学的工程匆!域包括热力学和传热学.传热学的作用是利用可以预料能求传递速率的一些定律去补充热力学分析，因后者只探讨在平衡状态下的系统.这些附加的定律是以3种基本的传热方式为基础的，即导热、对流和辐射.传热学是探讨不同温度的物体或同一物体的不同部分之间热盘传递规律的学科.传热不仅是常见的自然现象,而且广泛存在于工程技术领域，例如，提高锅炉的蒸汽产量，防止燃气轮机燃烧室过热、减小内燃机气缸和曲轴的热应力、确定换热涔的传热面枳和限制热加工时零件的变形等，都是典型的传热学问.1.
3、2 传络学的形成与发发传热学作为学科形成于19世纪.在热对流方面，英国科学家牛顿于1701年在估算烧红铁棒的温度时,提出了被后人称为牛顿冷却定律的数学表达式,不过它并没行搞示出对液换热的机理.时流换热的立正发展是19世纪末叶以后的事情：1901年德国物理学家普朗特的边界层理论和1915年努富尔的因次分析,为从理论和试脸上正确理解和定吊探讨对流换热奠定了基批：1929年，修密特指出了传鲂与传热的类同之处：在热传导方面，法国物理学家毕奥于1804年得出的平壁导热试验结果是导热定律的最早表述.稍后,法国的傅里叶运用数理方法，更精确地把它表述为后来称为傅里叶定律的微分形式：热轴射方面的埋论比较困难：I
4、860年，基尔彼夫通过人造空腔模拟肯定黑体.论证了在相同涉度下以黑体的辐射率（黑度）为最大，并指出物体的辎射率与同谓度下该物体的汲取率相等，被后人称为基尔霍夫定律：1878年，斯忒藩出试除发觉辐射率与笆定温度四次方成正比的事实，1884年又为破耳兹曼在理论上所证明，称为斯忒潘-坡耳慈定律，俗际四次方定律，1900年，普朗克在探讨空腔黑体辐射时，褥出了普朗克热箱射定律.这个定律不仅描述了黑体辐射与温度、短率的关系,还论证了维恩提出的黑体能量分布的位移定律。20世纪以前,传热学是作为物理热学的一部分而逐步发展起来的.20世纪以后.传热学作为一门独立的技术学科获得快速发隈,越来越多地与热力学、流体力
5、学、燃烧学、电磁学和机械工程学等一些学科相互海透.形成多相传热、非牛恢流体传热、燃烧传热、等离子体传热和数值计算传热等很多重要分支.现在，机械工程仍不断地向传热学提出大量新的课题，如浇铸和冷冻技术中的相变导热，切削加工中的接触热阻和喷射冷却，等离子工艺中带电粒子的传热特性，核工程中有限空间的自然对流,动力和化工机械中超临界区换热，小温差换热，两相液换热，困难几何形态物体的换热,湍流换热等。随着激光等新的试脸技术的引入和计W机的应用,为传热学的发展供应了广袤前景.1.3地淀传热的基本方式有热传导、热对流和热相射三种.热传导是指在不涉及物质转移的状况下，热量从物体中超度较高的部位传递给相邻的温度较
6、低的部位，或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程,简称寻热。热对流是指不同温度的流体各部分由相对运动引起的热量交换，工程上广泛遇到的对液换热，是指流体与其接触的固体壁面之间的换热过程.它毡热传导和热对流综合作用的结果.影响对流换热强度的主要因素行流体流淌的起因、流淌状态、流体物性、流体物相变更、壁面的几何参数等.热辐射是指物体因自身具有温度而轴射出能受的现象，它是波长在0.1100微米之间的电磴辐射，因此与其他传热方式不同，热量可以在没有中间介质的直空中千腌传递。太阳就是以相射方式向地球传递巨大能收的.每物体都具有与其肯定温度的四次方成比例的热辐射实力,也能汲取四周环境对它的辐射热.相射和汲
7、取所琮合导致的热量转移称为幅射换热。实际传热过程一般都不是单一的传热方式，如火焰时炉壁的传热,就是辑射、对流和传导的绘合，而不同的传热方式则遵循不同的传热规律,为了分析便利，人们在传热探讨中把三种传热方式分解开来，然后再加以综合.1.4 应用IW热传递现象无时无处不在.它的影响几乎遍及现代全部的工业剖门，也港透到农业、林业等很多技术部门中.可以说除了极个别的状况以外,很难发觉一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系.不仅传统工业领域，像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、鲂织、医药等要用到很多传热学的有关学问，而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环
8、境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程丧上有赖于应用传热探讨的最新成果.并涌现出像相变与多相流传热、（超）低M传热、微尺度传热、生物传热等很多交叉分支学科。在某些环节上,传热技术及相关材料设备的研制开发H至成为整个系统成败的关键因素.科学的工程领域包括热力学和他热学。传热学的作用是利用可以预料能破传递速率的一些定律去补充热力学分析,因后裔只探讨在平衡状态下的系统.这些附加的定律是以三种基本的传热方式为基础的.即导热、对流和相射.传热学是探讨不同温度的物体,或同一物体的不同部分之间热骑传递规律的学科.传热不仅是常见的自然现象，而且广泛存在于工程技术领域.例如,提高祸炉的蒸汽产量
9、,防止燃气轮机燃烧室过热、减小内燃机气缸和曲柏的热应力、确定换热器的传热面枳和限制热加工时零件的变形等，都是典型的传热问题，传热学的应用特别广泛，几乎渗透到生活的各个领域，如：传热学在传统机械工业领域和农业机械领域中的应用，传热学在高新技术机械演域中的应用图.本文将主要介绍其在机械行业的应用.2 传篇学与机械IM造传热学是探讨热量传递规律的一门学科,而机械设计制造及运用的过程中与传热几乎是出影不离的，我们通过机械设在把其他形式的能量游化成我们须要的运动或齐动力，f11.最终那些能最还是要变成热M散失到环境中去，当然少不了传热学中所讲的三种方式：对流换热、导热和辐射换热.通过对传热学这门课程的学
10、习，了解了传热的基本学问和埋论.发觉传热学是一门基础学科,应用特别泛,它会解决许很多多的实际问遨更是与机械制造这门学科休战相关,传热学是探讨由温度差异引起的热附传递过程的科学。传热现象在我们的11行生活中司空见惯，早在人类文明之初，人们就学会了烧火取暖。随存工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现,传热探讨更是得到了飞速的发展被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中当今世界，困与国之间的竞争是经济竞争.而伴的蓿经济的网速发展，也带来了资源、人口与环啜等曲大国际间遨，传热学在促进羟新发展和加强环境爱护方面起着举足轻曳的作用.20世纪以的，传热学是作为物理热学的一部分而逐步发展起来的
11、。20世纪以后,传热学作为一门独立的技术学科获得快速发展，越来越多地与热力学、流体力学、燃烧学,电极学和机械工程学等一些学科相互渗透,形成多相传热、非牛顿流体性热、燃烧传热、等离子体传热和数做计算传热等很多武要分支.现在，机械工程仍不断地向传热学提出大J1.t新的深Sfi加浇铸和冷冻技术中的相变导热.切削加工中的接触热阻和喷射冷却.等离子工之中带电粒子的传热特性.核工程中行限空间的自然对流，动力和化工机械中超临界IX换热，小温差换热,两相流换热，用灌儿何形态物体的换热，湍流换热等，的着激光等新的试验技术的引入和计算机的应用，为传热学的发展供应了广袤前景,传热学是探讨热见传递规律的一门学科，生产
12、部门存在的多种多样的热瓜传递问超.都可以用传热学来解决.这些部门包括能源、化工、冶金、建筑、机械制造、电子、制冷、航大航空、农业、环境笈护等。随苻传热学的理论体系日趋完善,内容不断充溢.已经发展为现代科学技术中充溢活力的一门重要技术茶础学科.传热学是探讨不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热麻传递现律的学科.传热不仅是常见的自然现思.而且广泛存在于工程技术领域.例如.提高我炉的蒸汽产量,防止燃气轮机燃烧室过热.减小内燃机气缸和曲轴的热应力、确定换热器的传热面枳和限制热加工时零件的变形等，都是典型的传热问应.热对流是指不同温度的流体各部分由相对运动引起的热网交换.工程上广泛遇到的对流换热，是
13、指流体与其接触的固体壁面之间的换热过程，它是热传导和热对流综合作用的结果.确定换热强度的主要因索是对流的运动状况.热料射是指物体因自身具有温度而相射出能量的现象，它是波长在a）微米之间的电磁辎射，因此与其他传热方式不同，热收可以在没有中间介质的真空中干脆传递，太阳就是以辐射方式向地球f遇巨大能量的。f物体都具行与其将定温衣的四次方成比例的热辐射实力.也能汲取四周环境对它的相射热。辅射和汲取所媒合导致的热曲转移称为粕射换热.实际传热过程一般都不是单一的传热方式，如火焰时炉壁的传热,就是辐时、对流和传炉的综合，而不同的传热方式则遵循不同的传热规律.为了分析便利，人们在传热探讨中把三种传热方式分解开
14、来,然后再加以综合.2.1 传热学与机械以下将4传热学X在机械颗域中的运用分为几个个方面进行介绍。传热学在传统工业机统城和农业机械中的应用(1)在铸造、焊接、金侬热处理等常规机械加工工艺过程中，存在大崎的非稳态导热、移动边界的固液和变传热以及各类对液换热问区.在新烹机械和精密仪器的制造和运用过程中.热应力和热变形量的预料、修正及限制也同样有赖于传热原理的指导：(2)在各类机械限制方面,即在强电或弱电方面的应用.元推件的行效冷却和设备的更新换代都与强化传热探时有关。例如大型发电机的犯子、定子绕祖和定子铁心的冷却就是典型的对流传热问题.近百年来单机容城从几万千瓦扩大到百万瓦，很大程虔上是辎冷却技术
15、的不断改进得以实现的，从空次、氮冷发屣到水冷,冷却技术的进步显著提高了电磁负荷强度和材料的利用率：(3)农业机械是指在作物种植业和畜牧业生产过程中,以及农、备产品初加工和处理过程中所运用的各种机械“农业机械包括农用动力机械,农田建设机械、土壤耕作机械.种植和施肥机械、依物爱护机械、农田排漉机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运ft机械等.各种机械的研发设计都离不开工程热力学与传热学这一门学科。2.1.1 在机柿育新技术10中的应用(1)航空航天领域是当今世界上各领域高技术、新材料探讨最集中的体现.其中传热学所起的作用功不行没.据美国砒空和宇宙航行局(NASA)所作的技术分析，美
16、国觥天飞机的技术大键只有一个半，这半个是大推力的液氯一液氧火海发动机(其中自然与传热有亲密的关系),而那一个关堆则是所请“热防护系统”(TPS),即指以航天飞机外表面的防热瓦为主的整个热防护结构：(2)生勃传热学是近年才发展起来的新兴传热学科分支.虽然远末达到完善的程度，却己经显示出演大的生命力和令人鼓舞的应用前妣，它是由生物学、酶床医学和传热学多个学科兴域交叉形成的一门新学科，其口的在于通过把传热学的基本原理和探讨方法、手段引入到生物和医学工程额域中,探讨物质和能量在生物体内的传输现律.以使为诸多至今末解开的生物医学难题寻求有效的解决方案。在这一领域产生了各种新兴的机械，而这些机械的研发设计都热不开工程热力学与传热学；(3)以化石燃料(煤炭、石油和自然气)为主构成的常规能源终将耗尽，而且己经为期不远“以太阳能、地热能、海洋能(包括海洋疆差和波浪能)以及效率更高的发电方式,如级燃料电池、疏流体发电乃至可控核聚
