工程热力学与传热学课程总结与体会

工程热力学和传热标题：工程热力学和传热过程总结和经验学科：水利建设工程学院给排水科学与工程课程：给排水科学与工程课名称：张吉彬地图老师：姚雪东日期：16年5月1日认识到的地位作用现有问题解决措施的未来发展前景传热在高新技术领域的应用摘要：传热现象时时刻刻2其影响几乎被现代所有产业部门1渗透到农业、林业等许多技术部门。本文介绍了在航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源和农业工程等多种高科技领域将传热研究应用到不同水平的最新成果。可以说与一个产业、部门或产业公平或传热完全无关。除了能源、冶金、化学、运输、建筑材料、机械和食品、轻工业、纺织品、医药等传统产业领域外，1还需要大量的传热知识，包括航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源和农业工程系在一些会话中，传热技术及相关材料设备的开发和开发也成为整个系统成败的关键因素。前言：通过对热电讲座的学习，学习了传热的基本知识和理论。热电学在基础学科中应用很广，解决了很多实际问题，特别是与机械制造领域有着密切的关系。热电学是研究温差引起的传热过程的科学。传热现象在我们的日常生活中很常见。人类文明初期，人们就学会了烤火。随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机器相继出现，传热研究得到了更快的发展，广泛应用于工业农业生产和人们的日常生活中。当今世界国家之间的竞争是经济竞争，经济的快速发展也引发了资源、人口和环境等重大国际问题。热电对促进带薪发展，加强环境保护具有举足轻重的作用。20世纪以前的热电作为物理热学的一部分逐渐发展起来。20世纪以来，传热作为一个独立的技术领域迅速发展，与热力学、流体力学、燃烧学、电磁学和机械工程等一些领域相互渗透，形成了多电热、非牛顿流体传热、燃烧传热、等离子传热和数值计算传热等许多重要分支。现在，机械工程还在不断地向热学提出许多新的课题。铸造和冻结技术的相变导热，切割中的接触热阻和喷射冷却，等离子过程中带电粒子的传热特性。核工程中有限空间的自然对流、动力和化学机械中超临界区域的传热、小温差传热、两相流的传热、复杂形状物体的传热湍流传热等。由于激光等新实验技术的引进和计算机的应用，为热学的发展提供了广阔的前景。传热是解决能源、化学、冶金、建筑、机械制造、电子、制冷、航空航天、农业、环境保护等生产部门存在的各种传热问题的领域。热学的理论体系日益完善，其内容不断丰富，发展成为现代科学技术中一门活跃的重要技术基础学科。热学是研究温度不同的事物或同一物体不同部分之间的传热规律的学科。传热不仅是一般的自然现象，在工程技术领域也很普遍。例如，有常见的传热问题，例如提高锅炉的蒸汽产量，防止燃气轮机燃烧室过热，降低内燃机缸和曲轴的热应力，确定换热器的传热面积，控制热处理过程中零件的变形，传热的基本方法是传热、热对流和热辐射。热传导是指在不包括物质转移的情况下，热量从温度高的物体向相邻温度低的部分或从高温物体接触到的低温物体的过程，称为热传导。热对流是不同温度的流体部分因相对运动而产生的热交换。工程中广泛遇到的对流换热是流体与流体接触的固体壁之间的传热过程，表现出热传导和热对流的合成效果。决定传热强度的主要因素是对流的运动。热辐射是指物体因自身温度而发射能量的现象。因为是波长在0.1到100微米之间的电磁辐射，所以与其他传热方法不同，热量可以在没有中间介质的真空中直接传递。太阳以辐射的方式向地球传递巨大的能量。每个物体与绝对温度的四次平方成正比的热辐射能力也吸收周围环境的辐射热。通过辐射和吸收进行的传热称为辐射传热。实际的传热过程通常是火焰对炉壁的传热是复制、对流和传导的合成，而其他传热方法不是遵循不同传热规律的单传热方法。为了便于分析，人们在传热研究中分解了三种传热方式，然后进行了综合。一、在航空航天、核能、微电子领域的应用(1)人类征服天空和宇宙空间的不懈努力和取得的巨大成就，是当今世界各领域尖端技术、新材料研究的最集中表现。其中热学的作用非常重要。据美国航空航天局(NASA)的技术分析，美国航天飞机的技术核心只有1/2，其中一半是大推力液体氢-液氧火箭发动机(自然与传热密切相关)，其核心是热保护系统(TPS)，这意味着航天飞机外层以热功率为主的整体热保护结构。被认为是可重复使用的航天飞机成败的最大关键。之所以将热保护系统提到如此重要的位置，是因为航天飞机极其复杂的气动热环境及其散热系统必须能够重复使用。有一些证据表明，航天飞机面对太阳直接辐射引起的高温和地球阴影，0K的右武空间的低温变化范围达到-157-55 ，承受1.3310-4Pa的高真空环境，以7.5公里/秒的速度从120公里的高度返回地球大气时，飞机表面的热流密度约为2.5105 w/m2 57355w在这种严酷的情况下，为了保持飞行安全内部人员和设备的畅通无阻，必须采取特别有效的热保护措施，为此，先后开发和使用的第一代低温陶瓷热导瓦特(lrsi) Li-900、第二代高温陶瓷热导瓦特(hrsi) Li-2200以及后来开发成功的二代陶瓷纤维和氧化铝纤维组成的第二代陶瓷砖HTP(2)红外辐射不仅可以用于工业加热和材料干燥，而且具有不妨碍原始温度分布的卓越优势，因此在资源勘探、作物估算、环境监测、火灾保护、医疗诊断、甚至刑事案件的检测和军事侦察、跟踪等许多高新技术领域发挥了重要作用。(3)多孔介质中的传热传质是当今传热领域中非常活跃的前沿领域。所谓多孔介质是以自然形式存在的特殊材料，例如土壤的封闭颗粒结构、混凝土、砖块、碎石等，还有人和动物的组织、器官、皮肤等生物材料，它们通常是由坚硬骨骼或坚硬颗粒的积累而成的多相体系，其质量、动量、热量的传递规律是揭示许多大自然秘密的关键因素。燃气轮机高温叶片的发散冷却技术、石油热回收地热利用过程中地下热储存的传热、利用土壤岩石进行热储存、储存、固定床和催化填充床的传热传质过程、核废料的安全储存、生物和食品储存保存技术、城市污水和工业废水的排放、扩散(注入或渗透到地下)和控制、作物的节水灌溉技术发现多孔材料通常是热及传质介质和隔热性能优良的优秀热绝缘材料。为此，设计了多种“模拟”人工多孔材料，制造了传热设备，以改善传热，或制作了超绝热材料，可以在极低的温度环境下使用。二、生物医学工程、环境工程领域(1)生物热电学是近年来新发展的传热领域之一。虽然远达完成度，但能看到强大的生命力和激励性的应用前景。这是生物学、临床医学、热学多个领域交叉形成的新学科。其目的是将电热的基本原理和研究方法、手段引入生物和医学工程领域，探讨生物体中物质和能量的传递规律，探索到目前为止解决的许多生物医学问题的有效解决方法。人体器官、组织和皮肤癌变的热诊断和高温治疗；激光和低温手术；人体器官移植和冷冻保存；胚胎的低温保存；烧伤、烧伤、烧伤和冷冻损伤的临床治疗和康复。此外，了解生物传热的基本规律可以为开发各种热疗和热诊断仪器设备提供必要的理论依据。研究生物传热的困难在于生物组织本身的结构非常复杂，它们通常是各向异性、多相、多孔和生物代谢产生的内部热源。生物体有很多血管，很难决定血液灌流引起的传热。而且几乎所有的动物，甚至一些植物，都具有通过非常复杂的温度检测和控制系统中枢神经系统检测和控制自己温度的功能。此外，生物的传热温差通常很小，生物材料的特性取决于民族、年龄、性别和身体状况。(2)以化石燃料(煤、石油、天然气)为中心的常规能源最终会枯竭，已经所剩无几。(。以太阳能、地热、海洋能源(包括海洋温差和波浪力)以及氢燃料电池、磁流体发电、甚至控制的核聚变等更有效的发展方式代表的新能源，必须逐步走向全面，成为人类主要的消费能源。这些新能源的获取、转换、使用都要以热学的基本原理为指导。可以预见，这种新能源技术的逐步改进必将极大地促进传热学科的进一步发展。例如，太阳能利用必须有效地解决低能耗密度、昼夜变化和气候变化带来的节能问题。地球上埋有海洋温差的海域为6107/m2，发电容量达1012W。但是可用的温差只有15 25 ，要在这么小的温差中充分利用这种巨大的能量，必须有非常高的传热效率的热插拔设备。(3)以计算机芯片为代表的微电子元件的迅速发展，随着芯片大小的小型化，线宽迅速减少，芯片表面的热流密度已经超过106w/m2，存在对小型化高效冷却技术提出了非常高的要求的“热障”。最近几年，高端服务器和台式机工作站的新空气冷却装置的冷却能力也达到了105w/m2。(4)现代加工技术不限于现有汽车、夹具、铣削、平面图像激光打孔、激光切割等高热流、超短期加工的新加工手段，已有石油钻杆等特殊要求的情况下使用，可以获得良好的技术和经济效益。伴随这种特殊处理方法的传热问题不能再用传统的传热理论进行分析，还必须包括对传热速度的考虑，这种问题被称为“非波里叶导热”。(5)环境与发展是当今世界各国共同关心的两个主要问题。为了经济的快速发展，不合理地甚至掠夺性地开发自然资源，在工业化初期，错误地处理各种污染，或未经处理而任意排放的现象非常普遍，其后果极为严重。环境污染主要由大气污染、水体污染、固体废物污染构成。仅看大气的污染，主要包括气溶胶状态污染物(固体状态，液体粒子对气体产生的悬浮物)、硫化物、氮氧化物、碳氧化物和碳氢化合物。气溶胶根据粒子大小分为总悬浮粒子、灰尘、降尘、可吸入粒子，这是评价大气质量的主要指标，也是对个人健康构成威胁的富足因素。值得注意的是，这种类型的气溶胶几乎大部分是在燃烧、雾化、冷凝或冷凝、冷凝、蒸发、升华等与传热息息相关的过程中形成的。硫化物、氮氧化物和碳氧化物基本上来自化石燃料的燃烧和矿石的烘焙、冶炼过程。因此，控制和最小化这些污染物与正确掌握和应用热学原理密不可分。(6)中国是水资源严重短缺的国家，人均拥有量不到世界平均水平的四分之一，干旱地区甚至只有几十分之一。中国在经济高速发展的时代，电力2力、冶金、化学、计数等部门都成为电力消费大的家庭，这是一个很大的矛盾。在严重缺水的地区建设空冷电站，将工业中传统的水冷(湿冷)改为蒸发冷却和空气冷却(干冷)，是解决缺水问题的重要方法，环境效果明显。河流和湖泊不仅提供水，而且是保障人类生活环境和维持生态平衡的重要因素。未经适当处理的工业用水无节制地排放，不仅会造成水体的化学污染，还会造成局部水域的“热污染”。三、在新能源领域(1)随着空间技术水平的不断进步，低温领域研究的重要性越来越大。人造卫星、火箭燃料、航天飞机2及其内部运输的红外遥感和电子设备，需要飞船的地面模拟装置等低温技术和相应的设备。将未来超导技术的大规模应用前景和氢作为清洁能源作为车辆的主要燃料，低温技术的应用范围将进一步扩大。仅在目前阶段的主要应用领域航空航天方面，对材料和技术水平的要求相当高。(2)军事领域使用的传热知识更是数不胜数。从历史上看，相当多的传热技术是从军事用途开始开发的，逐渐完善和大规模应用。例如，战斗机燃气涡轮发动机的技术