摘要： 講述了傳熱學的三種基本方式及各自特點。 摘要 本文首先從傳熱學的基本概念出發， 傳熱學的普適性不僅表現為在能源動力、石油、冶金、化工、交通、建筑建材、機械、食品、 輕工、紡織、醫藥等傳統工業部門中，而且傳熱學的理論和技術在生產、科學研究等領域也 得到了廣泛的應用。 傳熱學理論的應用解決了決定這些部門生產過程的熱工藝技術， 對一些 關鍵技術的解決起了重要的甚至是決定性的作用。 關鍵詞：傳熱，熱采技術，傳熱技術 關鍵詞 首先我們來對傳熱學作一個概念上的了解。 熱量在溫度差作用下從一個物體傳遞至另外一個物體， 或者在同一物體的各個部分之間 進行傳遞的過程稱為傳熱。 將傳熱進行分類的一個基本原則是按照熱量傳遞的不同機理， 即熱量以何種方式或何種 運動形式進行傳遞。經過大量歸納總結，人們發現按傳熱的不同機理，可將傳熱劃分成三種 基本方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。 當物體內有溫度差或兩個不同溫度的物體接觸時， 在物體各部分之間不發生相對位移的 情況下，物質微粒（分子、 原子或自由電子）的熱運動傳遞了熱量， 這種現象被稱為熱傳導， 簡稱導熱。 流體中，溫度不同的各部分之間發生相對位移時所引起的熱量傳遞過程叫熱對流。流體 各部分之間由于密度差而引起的相對運動稱為自然對流；而由于機械（泵或風機等）的作用 或其它壓差而引起的相對運動稱為強迫對流（或受迫對流） 。 物體通過電磁波傳遞能量的過程稱為輻射。物體會因各種原因發出輻射能。由于熱的原 【 】 因，物體的內能轉化成電磁波的能量而進行的輻射過程稱為熱輻射 1 。 實際傳熱過程一般都不是單一的傳熱方式，如火焰對爐壁的傳熱，就是輻射、對流和傳 導的綜合，而不同的傳熱方式則遵循不同的傳熱規律。為了分析方便，人們在傳熱研究中把 三種傳熱方式分解開來，然后再加以綜合。 熱科學的工程領域包括熱力學和傳熱學.傳熱學的作用是利用可以預測能量傳遞速率的 一些定律去補充熱力學分析， 因后裔只討論在平衡狀態下的系統． 這些附加的定律是以三種 基本的傳熱方式為基礎的，即導熱、對流和輻射。傳熱學是研究不同溫度的物體，或同一物 體的不同部分之間熱量傳遞規律的學科。 傳熱不僅是常見的自然現象， 而且廣泛存在于工程 技術領域。例如，提高鍋爐的蒸汽產量，防止燃氣輪機燃燒室過熱、減小內燃機氣缸和曲軸 的熱應力、 確定換熱器的傳熱面積和控制熱加工時零件的變形等， 都是典型的傳熱問題

    【 2】

    。

    在化學和石油化學工業領域內，使用著大量各式各樣的傳熱和傳質設備。從一定意義上 說，該領域是換熱設備門類最齊全、形式最多的一個行業。許多化工工藝流程中都包含各種 加熱器和冷卻塔，還有一些化學反應本身就是生熱或吸熱過程。在稠油的“熱采”，原油的 煉制和油品的遠距離輸送以及化纖、化肥的生產工藝中，傳熱都是非常關鍵的因素。因為油 自身物理性質的關系， 它的對流換熱表面傳熱系數往往比較低， 所以強化油側的對流換熱具 有非常大的經濟效益。化工傳熱過程往往具有如下一些基本特點：(1)參與換熱的介質成分 多而復雜， 一般都在三四種以上； (2)常常與傳質過程結合在一起； (3)經常涉及多相流(汽液、 氣固、液固，甚至汽液固三相)和非牛頓流體。熱力采油技術主要用于稠油油藏的開發。熱

    力采油的主要方法是向油層注入高溫蒸汽，此外還有熱水驅、火燒油層等。注蒸汽開采稠油 有兩種方法。第一種方法是蒸汽吞吐，先向生產井注入一定量的蒸汽，然后關井數日，燜井 后開井排液生產。第二種是蒸汽驅，它與水驅類似，只不過驅替流體是蒸汽，其采收率較高

。 熱傳遞現象無時無處不在，它的影響幾乎遍及現代所有的工業部門，也滲透到農業、林

    業等許多技術部門中?？梢哉f除了極個別的情況以外，很難發現一個行業、部門或者工業過 程和傳熱完全沒有任何關系。不僅傳統工業領域，像能源動力、冶金、化工、交通、建筑建 材、機械以及食品、輕工、 紡織、 醫藥等要用到許多傳熱學的有關知識， 而且諸如航空航天、 核能、微電子、材料、生物醫學工程、環境工程、新能源以及農業工程等很多高新技術領域 也都在不同程度上有賴于應用傳熱研究的最新成果，并涌現出像相變與多相流傳熱、(超)低 溫傳熱、微尺度傳熱、生物傳熱等許多交叉分支學科。在某些環節上，傳熱技術及相關材料 設備的研制開發甚至成為整個系統成敗的關鍵因素 4 。 熱力設備、熱機及其組成的熱力系統是熱能生產和利用的主要環節 ,這些環節的優劣直 接影響能源的利用效率。傳熱學在節能中的應用十分廣泛并起著重要作用。 一、強化傳熱技術 強化傳熱技術是六十年代發展起來的一種先進技術。 強化傳熱器件是一種節能的高效傳 熱器件。換熱器的傳熱量可表示為： Q=KF△t 當傳熱量 Q 一定時，對于一定的傳熱溫差△t，提高傳熱系數 K，則可收到減少換熱面 積 F 的效果。強化傳熱技術是利用各種型式的翅片管多孔表面管 、表面粗糙化管 、螺旋 槽管 、管內插件等換熱器件或在流動介質中附加電場、磁場 、超聲波、機械振動、添加劑 等輔助設施， 促使流過換熱器件的介質產生湍流減薄邊界熱阻強化換熱面的作用， 從而達到 有效傳遞熱量的目的。 二、相變傳熱技術 利用蒸氣循環的發電系統，有 60%的熱能不斷排放，電站冷卻用水數量龐大。這不僅 造成了能源的浪費， 而且給缺水地區及礦口的電力生產帶來很大困難。 直接空冷電站不適應 機組向大容量的發展水循環間接空冷電站熱效率較低， 這就限制了空冷電站的發展。 相變傳 熱技術的發展為間接空冷電站提供了節約用水、回收廢熱、提高效率、降低電力生產成本的 氨循環相變冷卻系統。這種電站冷卻系統，利用廉價的氨作為冷卻介質，在蒸氣冷凝器再沸 器中氨吸收汽機排汽的潛熱沸騰相變， 飽和氨汽經輸汽管進人空冷塔在空氣冷凝器管內凝結 并排放電站廢熱，最后由回農管返回蒸氣冷凝器 再沸器完成相變循環。這種冷卻系統，傳 熱在等溫狀態下進行，由于蒸氣在較低的溫度下凝結，因而大大提高了蒸氣的循環效率。 三 、高溫傳熱技術 目前，一種先進的工業滬設計是利用多孔板吸收高溫工作氣體的焓，并發射輻射熱能 從而達到回收余熱、 節約能原的目的。 這種能量轉換形式和高溫傳熱技術適用于冶金、 陶瓷、 玻璃工業等高溫傳熱裝置中。燃耗可降低 60%。在這種系統中，由于多孔板的“表面加熱” 作用，所以爐膛體積大大減小，工件得到均勻加熱，排煙溫度大幅度降低。 四、 直接換熱技術 利用熔鹽微粒相變的潛熱儲存和釋放能量直接接觸換熱則是一種能量傳遞的新形式、 節約能源的新技術。鹽粒和氣體反向流動的直接接觸換熱包括兩個過程：一是儲存廢熱；二 是利用廢熱。如鋼鐵廠、玻璃廠、水泥廠或流態化床燃燒的高溫氣體通過直接接觸式熱交換 器把熱量傳遞給鹽的固態微粒， 鹽粒吸收潛熱而熔化并把這部分熱能儲存起來。 熔鹽液滴再 通過直接接觸式熱交換器把儲存的能量釋放給與它接觸的低溫氣體， 低溫氣體被加熱后就可 加以利用。

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    五 、高溫部件冷卻技術 燃氣輪機進口溫度是影響發動機性能的一個重要循環參數。一臺推力為 3500 公斤的噴 氣發動機，將渦輪進口溫度從 1200 ℃提高到 1350℃,其推重比就可提高 15%，耗油率降低 8%。提高渦輪進口溫度依靠發展耐高溫材料、耐高溫涂層技術和發展冷卻技術兩方面的努 力來實現。研究和發展冷卻技術所用的成本僅是研究和發展耐高溫合金材料的 1/4，而使渦 輪進口溫度的提高卻為改進合金材料的兩倍。 利用高溫渦輪葉片外部氣膜保護性冷卻、 內部 撞擊冷卻、 加肋或擾流柱的強化對流冷卻以及上述形式的復合冷卻， 是一種有效的高溫渦輪 【 5】 。 傳熱學與生產實踐聯系十分緊密， 在國際上它是一門非?；钴S的技術基礎學科， 每年都 會召開各種專題學術會議， 在國內似乎未得到足夠重視。 傳熱學應該在發展節能技術和開發 新能源發揮重要作用。

    注： 【M】高等教育出版社，第二版 1998 P2-4 【1】摘自戴鍋生 《傳熱學》 】 【2】摘自楊世銘 陶文銓 《傳熱學》【M】高等教育出版社，第三版 1998 【3】摘自陳炯 中國礦業報/2004 年/08 月/05 日/《應用熱采技術開發稀油油藏.》葉片冷卻 技術【N】 【4】摘自趙鎮南《傳熱學》【M】高等教育出版社，2002 年 7 月 PP7-10 【5】摘自神家銳 葛紹巖《傳熱學在能源節約中的應用》中國科學院工程熱物理研究所