传热学(heat transfer),是研究
热量传递
规律的科学,是研究由
温差
(temperature difference)引起的热能传递规律的
科学
。大约在上世纪30年代,传热学形成了独立的
学科
。
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。由于自然界和生产技术中几乎到处存在着温度差,所以热量传递就成为自然界和生产技术中一种非常普遍的现象。
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,不过它并没有揭示出
对流换热
的机理。
传热学作为学科形成于19世纪。
1804年,法国物理学家毕奥在热传导方面得出的平壁
导热
实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,更准确地把它表述为后来称为
傅里叶定律
的
微分形式
。
1860年,
基尔霍夫
通过人造空腔模拟
绝对黑体
,论证了在相同温度下以黑体的
辐射率
(
黑度
)为最大,并指出物体的辐射率与同温度下该物体的
吸收率
相等,被后人称为基尔霍夫定律。
1878年,
斯忒藩
由实验发现辐射率与绝对温度四次方成正比的事实。
1884年,又为
玻耳兹曼
在理论上所证明,称为斯忒藩-玻耳兹曼定律,俗称四次方定律。
1900年,
普朗克
在研究空腔
黑体辐射
时,得出了普朗克热辐射定律。这个定律不仅描述了黑体辐射与温度、频率的关系,还论证了
维恩
提出的黑体能量分布的
位移定律
。
对流换热的真正发展是19世纪末叶以后的事情。
1904年,德国物理学家
普朗特
的
边界层理论
和1915年努塞尔的
因次分析
,为从理论和实验上正确理解和
定量研究
对流换热奠定了基础。
1929年,
施密特
指出了传质与
传热
的类同之处。
传热
的基本方式有热传导、
热对流
和
热辐射
三种。
1、热传导是指在不涉及物质转移的情况下,热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部位,或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程,简称
导热
。
从微观角度来看。气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理是有所不同的。
(1)气体中,导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。众所周知,气体的温度越高,其分子的运动动能越大。不同能量水平的分子相互碰撞的结果,使热量从高温处传到低温处。
(2)导电固体中有相当多的自由电子,它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起着主要作用。