传热基础

热力学介绍

以下是一些基本传热概念的简要概述。要了解更多，鼓励读者审查源出版物和引用的网站。

第一和第二种热力学定律

热力学第一定律涉及到能量守恒。它指出-在一个封闭的系统中没有其他能量物质可以进入或离开-能量既不能被创造也不能被摧毁。^1、2虽然能量不能被创造或消灭，但它可以作为其他形式的能量转移到工作中。

转移热能受到第二热力学的第二律。^3.第二定律(同样适用于封闭系统)说，对于自发过程，熵会净增加^4.（即，系统中存在的病症的衡量标准^5.）.

描述第二定律的三个替代但等价的方法是:

热量从热身自发流到凉爽的热量。（例子：通过热量流入散热器或冷板，通过热量流冷却热微处理器或激光二极管。）

不可能将热量完全转化为有用的工作。（例如：在内燃机中，某个热部件必须始终耗尽而无需执行工作。）

每个孤立的系统在时间上都是无序的。例:在传导过程中，当热体和冷体第一次相互接触时，系统是某种有序的。热分子比冷分子运动得快。但是，一旦整个系统达到一个均匀的温度，这个顺序就失去了。)

以数学术语表示，上述任何陈述都意味着其他两个。^6.

热力学的第1和第2定律定治了各种传热模式：传导，对流和辐射。

传热模式

传导

在传导过程中，热量从温度较高的区域流向温度较低的区域。这发生在固体、液体或气体介质中，或在相互直接物理接触的不同介质之间。^7.“在相邻分子之间的运动能量的转移传导热量。在气体中，”更热的“分子具有更大的能量和运动，并在较低的能量水平下赋予相邻分子的能量。在某种程度上发生这种类型的转移在所有固体，气体或液体中，其中存在温度梯度。在传导中，能量也可以通过“自由”电子转移，这在金属固体中很重要。“^8.传导的例子是通过冷板表面或冰箱壁面的传热。

对流

在对流中，热传导、能量储存和混合运动的共同作用作用于能量的输送。对流作为固体表面与液体或气体之间的能量传递机制是最重要的。9."In forced-convection heat transfer, a pump, fan, or other mechanism forces a fluid to flow past a solid surface. In natural or free convection, warmer or cooler fluid next to the solid surface causes a circulation because of density differences resulting from the temperature differences in the fluid."^10.自由对流的一个例子是热量通过热交换器的翅片散失到周围空气中。如果使用风扇使空气在热交换器翅片上方循环，这就成为强制对流的一个例子。

辐射

在辐射中，当在空间中在空间中分离时，热量从较高的温度体流到较低的温度体，即使穿过真空。^11.“管理光线转移的同一法律也可以控制热量。固体和液体倾向于吸收通过它转移的辐射，因此辐射主要是通过空间或气体转移。”^12.

辐射的实例包括将热量从太阳传递到地球，并且从石英灯到需要变暖的凉爽物体。

传热的数学表示与计算

傅里叶的等式

法国科学家J.B.J.傅里叶在1822年提出了热传导的基本关系，他说:

通过材料的传导，QK中的热流速率等于以下三个量的产品：

• K.—材料的热导率
• 一种-垂直于热流方向测量的热流通过的截面面积
• dT / dx- 在截面的温度梯度，即温度T的变化率相对于热流X方向的差异。

热传导方程的数学形式需要符号约定;即距离x增加的方向为热流正方向。根据热力学第二定律，热量会自动从温度较高的点流向温度较低的点。因此，当温度梯度为负时，热流为正。一维稳态电导的基本方程为:q_K.= -Ka（dt / dx）“^13.。

热导率

导热率是测量给定材料将传递热量的速率。^14.“物质的热导率是通过直径为1厘米、截面为1平方厘米的物体的热量(单位:秒)。当身体冷热侧的温差为1℃时，体温会升高1℃。^15.该内在属性与材料尺寸，形状或定向无关。

热阻

热阻是导热率的倒数，并表示材料如何抑制热量的传导。^16.具有高导热性的材料具有低热电阻，并且具有差的隔热品质（例如，铜和铝）。相反，导热率低的材料具有高耐热性，具有良好的隔热品质（例如，玻璃纤维绝缘和软木板）。^17.

参考：

¹https://www.chemisty.ohio-state.edu/~woodward/ch121/ch5_law.html。

² https://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node78.html。

^3.同前。

^4.http://learn.chem.vt.edu/tutorials/entropy/2ndlaw.html。

^5.Microsoft Encarta World英语词典，St. Martin Press，1999，PP 596。

^6.De Sorgo，Miksa，Ibid。

^7.de Sorgo, Miksa，“理解相变材料”，电子冷却杂志，2002年5月

^8.http://learn.chem.vt.edu/tutorials/entropy/2ndlaw.html。

^9.《热传导原理》，第二版，科罗拉多大学国际教材公司，第1章，第6页。

^10.运输过程和单位运营，第3版，克里斯蒂·格尔科波利斯，米恩大学。Prentice Hall，第4章，第215章。

^11.《热传导原理》，第二版，科罗拉多大学国际教材公司，第8页。

^12.运输过程和单元操作，第三版，Christie Geankopolis，明尼苏达大学。Prentice Hall，第四章，第216页。

^13.Kreith，Frank，传热原则，第二版，科罗拉多大学，国际教科书有限公司PP 7。

^14.运输过程和单元操作，第三版，Christie Geankopolis，明尼苏达大学。Prentice Hall，第四章，第216页。

^15.Kreith，Frank，传热原则，二号版，科罗拉多大学，国际教科书有限公司，第9页。

^16.运输过程和单元操作，第三版，Christie Geankopolis，明尼苏达大学。Prentice Hall，第四章，第216页。

^17. http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node75.html。

^18.http://www.lib.uch.edu/dentlib/dental_tables/thermcond.html。

^19.http://www.xrefer.com/entry/619844。

^20. http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node75.html。