传热学笔记

因工作需要计算某设备的散热，临时补课传热学。

概览

传热学就是研究温差引起的热能传递规律的科学。基本假设：所研究的物体中的温度、密度、速度、压力等物理参数都是空间的连续函数；热量传递过程发生的时间远远大于物体内微观粒子在经受扰动后恢复平衡状态所需的时间。

热力学研究热量传递，传热学关注时间，单位时间内传递多少热能。

传热学主要研究的问题：

强化传热（ heat enhancement ）。即在一定的条件（如一定的温差、体积、重量或泵功等）下增加所传递的热量。
削弱传热（ heat transfer reduction ），或称热绝缘。即在一定的温差下使热量的传递减到最小。（此部分与需求高度吻合）
温度控制（ temperature control ）。为使一些设备能安全经济地运行，或者为得到优质产品，要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。

热能传递三种方式：

热传导：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能传递称为热传导（ heat conduction ），简称导热。例如，固体内部热量从温度较高的部分传递到温度较低的部分，以及温度较高的固体把热量传递给与之接触的度较低的另一固体都是导热现象。

热传导的经验公式已经被总结成傅里叶定律(导热基本定律)——单位时间内通过一维表面厚度的导热热量与当地温度变化率与平板面积A成正比：

\varPhi=-\lambda A \frac{dt}{dx}

q=-\lambda \frac{dt}{dx}

$\lambda(W/(m\cdot K))$ :热导率，比例系数，热物性参数。（与材料、材料本身温度有关）
”-“：表示热量传递方向与温度升高方向相反
$\varPhi$ ( $W$ )：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量
$q$ ( $W/m^2$ )：单位面积的热流量称为热流密度

积分处理：此公式为单位面积上的热量，如果是一个有厚度的薄板，需要沿厚度方向积分才能得到热流密度： $q\times \int_0^x d\delta=-\lambda \int_{t1}^{t2} \frac{dt}{dx} dx=qx$

热对流：热对流（ heat convection ）是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热对流仅能发生在流体中，而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动，因而热对流必然伴銪有热传导现象。工程上特别感兴趣的是流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程，并称之为对流传热（ convective heat sfer ），以区别于一般意义上的热对流。对流分两种，一是自然对流（依靠密度），二是强制对流（依靠压力）。对流传热的基本公式为牛顿冷却公式^[1]：

q=h(t_w-t_f)=h\Delta t

\varPhi=hA\Delta t

$h(W/(m^2\cdot K))$ :表面传热系数（对流换热系数）,与多种因素有关，取决于流体的物性、换热面形状、大小与布置、流速等。

热辐射：

似乎并非牛顿本人提出 ↩︎