熱力學(xué)與傳熱學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
熱力學(xué)與傳熱學(xué)的視頻教程
熱力學(xué)與傳熱學(xué)的實(shí)例教程
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熱力學(xué)第二定律指出，在自然界中不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他的變化。由于自然界和生產(chǎn)過(guò)程中幾乎到處存在溫度差，所以熱量傳遞就成為一種非常普遍的物理現(xiàn)象。傳熱學(xué)就是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學(xué)，其作用是利用可以預(yù)測(cè)能量傳遞速率的一些定律來(lái)補(bǔ)充熱力學(xué)分析。傳熱學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)有著緊密的關(guān)系，了解傳熱學(xué)的相關(guān)知識(shí)有助于解決汽車空氣動(dòng)力學(xué)中發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、新能源汽車熱管理以及駕駛室空調(diào)性能優(yōu)化等問(wèn)題。下面分別介紹熱能傳遞的三種基本方式和傳熱學(xué)的研究方法。
一、熱能傳遞的三種基本方式
熱傳遞有三種基本方式，分別為熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。
1.熱傳導(dǎo)（heat conduction）
物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)互相撞擊，使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過(guò)程，叫做熱傳導(dǎo)，又稱導(dǎo)熱。物體或系統(tǒng)內(nèi)的溫度差，是熱傳導(dǎo)的必要條件。熱傳導(dǎo)是固體中傳熱的主要方式，在不流動(dòng)的液體或氣體層中逐層傳遞，在流動(dòng)情況下常與熱對(duì)流同時(shí)發(fā)生。
熱傳導(dǎo)
熱傳導(dǎo)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
①必須有溫差
②物體直接接觸
③依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量，不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移
④沒(méi)有能量形式之間的轉(zhuǎn)化
2.熱對(duì)流（heat convection）
熱對(duì)流，指流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷、熱流體相互摻混所導(dǎo)致的熱量傳遞過(guò)程。熱對(duì)流僅能發(fā)生在流體中，而且由于流體中的分子同時(shí)在進(jìn)行著不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，因而熱對(duì)流必然伴隨有熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。熱對(duì)流有三種基本形式，分別是自然對(duì)流、強(qiáng)迫對(duì)流以及湍流。在工程應(yīng)用上更注重的是流體流過(guò)一個(gè)物體表面時(shí)，流體與物體表面間的熱量傳遞過(guò)程，并將該過(guò)程稱為對(duì)流傳熱。
展開(kāi) 熱科學(xué)的工程領(lǐng)域包括熱力學(xué)和傳熱學(xué).傳熱學(xué)的作用是利用可以預(yù)測(cè)能量傳遞速率的 一些定律去補(bǔ)充熱力學(xué)分析， 因后裔只討論在平衡狀態(tài)下的系統(tǒng)． 這些附加的定律是以三種 基本的傳熱方式為基礎(chǔ)的，即導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。傳熱學(xué)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(guī)律的學(xué)科。 傳熱不僅是常見(jiàn)的自然現(xiàn)象， 而且廣泛存在于工程 技術(shù)領(lǐng)域。例如，提高鍋爐的蒸汽產(chǎn)量，防止燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室過(guò)熱、減小內(nèi)燃機(jī)氣缸和曲軸 的熱應(yīng)力、 確定換熱器的傳熱面積和控制熱加工時(shí)零件的變形等， 都是典型的傳熱問(wèn)題
【 2】
。
在化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，使用著大量各式各樣的傳熱和傳質(zhì)設(shè)備。從一定意義上 說(shuō)，該領(lǐng)域是換熱設(shè)備門類最齊全、形式最多的一個(gè)行業(yè)。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(xué)反應(yīng)本身就是生熱或吸熱過(guò)程。在稠油的“熱采”，原油的 煉制和油品的遠(yuǎn)距離輸送以及化纖、化肥的生產(chǎn)工藝中，傳熱都是非常關(guān)鍵的因素。因?yàn)橛?自身物理性質(zhì)的關(guān)系， 它的對(duì)流換熱表面傳熱系數(shù)往往比較低， 所以強(qiáng)化油側(cè)的對(duì)流換熱具 有非常大的經(jīng)濟(jì)效益。化工傳熱過(guò)程往往具有如下一些基本特點(diǎn)：(1)參與換熱的介質(zhì)成分 多而復(fù)雜， 一般都在三四種以上； (2)常常與傳質(zhì)過(guò)程結(jié)合在一起； (3)經(jīng)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(shù)主要用于稠油油藏的開(kāi)發(fā)。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(qū)、火燒油層等。注蒸汽開(kāi)采稠油 有兩種方法。第一種方法是蒸汽吞吐，先向生產(chǎn)井注入一定量的蒸汽，然后關(guān)井?dāng)?shù)日，燜井 后開(kāi)井排液生產(chǎn)。第二種是蒸汽驅(qū)，它與水驅(qū)類似，只不過(guò)驅(qū)替流體是蒸汽，其采收率較高
。 熱傳遞現(xiàn)象無(wú)時(shí)無(wú)處不在，它的影響幾乎遍及現(xiàn)代所有的工業(yè)部門，也滲透到農(nóng)業(yè)、林
業(yè)等許多技術(shù)部門中。
展開(kāi) 什么是數(shù)值傳熱學(xué)（Numerical Heat Transfer)？數(shù)值傳熱學(xué)簡(jiǎn)稱NHT,傳熱學(xué)大家應(yīng)該都知道，傳熱有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。那么對(duì)應(yīng)的方程就是導(dǎo)熱方程、對(duì)流方程和熱輻射方程，這三個(gè)方程本質(zhì)上都是一個(gè)方程——能量守恒方程。所以理論上，只要我們求解了能量守恒方程，我們就能知道換熱器的溫度場(chǎng)與傳熱系數(shù)，所有的熱性能就都知道了，我們也能不用做實(shí)驗(yàn)了。因此求解能量守恒方程是工業(yè)界的一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的需求，所以計(jì)算就真的就是計(jì)算，就是解方程算數(shù)的一個(gè)過(guò)程。
那什么是數(shù)值傳熱學(xué)？那就是如何解導(dǎo)熱方程、如何解對(duì)流傳熱方程、如何解熱輻射方程的這么一個(gè)學(xué)科。
原則上只要一個(gè)學(xué)科能夠提出一些相應(yīng)的定律，他就可以發(fā)展出、來(lái)一些相應(yīng)的數(shù)值學(xué)科。這也就不難理解計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算固體力學(xué)等一系列學(xué)科。
那么傳熱學(xué)方程如何解呢？這正是我們這門課程所要解決的問(wèn)題。這個(gè)方法大致來(lái)說(shuō)就是分兩步：
第一步就是將我們的傳熱學(xué)的偏微方程變成一個(gè)代數(shù)方程組，這個(gè)代數(shù)方程組在理論上與我們的微分方程非常接近，接近到什么程度呢？理論上可以無(wú)限接近。
第二步就是如何來(lái)解這個(gè)代數(shù)方程組。于是我們就有了——有限差分法，通過(guò)有限差分法就可以將我們的二階非線性偏微分方程變成一個(gè)代數(shù)方程組。有了代數(shù)方程組就可以解出來(lái)了，也就是線性代數(shù)的直接解法和迭代求解。這個(gè)解代數(shù)方程組的技術(shù)非常的成熟，我們可以直接使用，當(dāng)然有限差分法有很多問(wèn)題，于是我們就針對(duì)傳熱學(xué)方程的特點(diǎn)，提出了一個(gè)更合適的有限體積法。但是不論哪種方法，它們的目的都是一樣的，就是把傳熱學(xué)的微分方程變成一個(gè)代數(shù)方程組。所以計(jì)算傳熱學(xué)很簡(jiǎn)單，就是上述的兩種步驟。
數(shù)值傳熱學(xué)對(duì)高數(shù)以及寫程序只有比較基礎(chǔ)的要求，我們只要使用基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)知識(shí)就可以進(jìn)行學(xué)習(xí)。
下載地址：數(shù)值傳熱學(xué)
展開(kāi) 進(jìn)一步的研究也發(fā)現(xiàn)，基于局域本構(gòu)方程的傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的方法很難對(duì)于變形局域化的行為進(jìn)行正確的預(yù)報(bào)，而基于作者發(fā)展的連續(xù)統(tǒng)熱力學(xué)的方法，不需要針對(duì)不同的材料建立其本構(gòu)方程，而只需利用變形過(guò)程中能量驅(qū)動(dòng)力和阻力就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其在外載作用下變形局域化的行為進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。利用金屬長(zhǎng)桿在拉伸載荷作用下變形的頸縮行為作為例子，通過(guò)引進(jìn)金屬材料的塑性耗散能可以準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)出這一現(xiàn)象，不需要利用材料的本構(gòu)方程。
該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（Grant Nos. 11832019，11472313，13572355）資助。
下載地址：材料熱力學(xué)郝士明
7.導(dǎo)熱系數(shù), 表面傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)之間的區(qū)別。
導(dǎo)熱系數(shù)：表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度關(guān)。
表面傳熱系數(shù)：當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量。影響h因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等傳熱系數(shù)：是表征傳熱過(guò)程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，不是物性參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。
下載地址：傳熱學(xué)第四版高教
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熱力學(xué)與傳熱學(xué)的最新內(nèi)容
一套深度集成、功能豐富的 Matlab 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)（Peridynamics）原代碼合集。代碼不僅復(fù)現(xiàn)了PD領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)算例（彈性問(wèn)題驗(yàn)證），更進(jìn)一步拓展到了熱力學(xué)、復(fù)合材料及跨尺度耦合算法。適合作為研究生的科研底座、畢業(yè)設(shè)計(jì)參考或PD算法的深度進(jìn)階學(xué)習(xí)資料。
基礎(chǔ)理論實(shí)現(xiàn)：
鍵基 PD (BBPD)：最經(jīng)典的鍵基模型，適用于脆性材料破壞分析。
常規(guī)態(tài)基
<p><strong>討論題8：短時(shí)觸摸的表面，為什么不同材質(zhì)，相同溫度燙感也不同？</strong></p><p><br></p><p>理解這個(gè)現(xiàn)象，需要用到導(dǎo)溫系數(shù)這個(gè)概念。我們知道，溫度是物質(zhì)內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的宏觀表現(xiàn)，因此宏觀上的熱量傳遞，會(huì)表現(xiàn)為溫度傳遞。經(jīng)典的導(dǎo)熱定律中，傳熱效率只與溫差、導(dǎo)熱系數(shù)和幾何參數(shù)有關(guān)，與材料的密度、比熱容無(wú)關(guān)。</p><p><br></p><p>而實(shí)際上，材料的這兩個(gè)參數(shù)
飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動(dòng)力學(xué)直接觸及了航空航天領(lǐng)域仿真的技術(shù)核心。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，精準(zhǔn)把握這些算法的計(jì)算特性，是為客戶提供最優(yōu)硬件解決方案的關(guān)鍵。
我將為您逐一解析這五大航空航天仿真領(lǐng)域。
核心結(jié)論速覽表
<p class="ql-align-center">——V2025摩擦熱計(jì)算功能與Particleworks聯(lián)合仿真實(shí)踐</p><p>熱傳遞是工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性的核心挑戰(zhàn)，無(wú)論是齒輪嚙合、剎車制動(dòng)，還是電機(jī)冷卻，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)熱量的產(chǎn)生（如摩擦生熱）與耗散（如油冷散熱）都至關(guān)重要。RecurDyn 2025 通過(guò)革命性的<strong>摩擦生熱功能</strong>與<strong>Particleworks
在高分子材料的廣闊領(lǐng)域中，PVT 曲線作為一種關(guān)鍵的研究工具，正逐漸展現(xiàn)出其不可忽視的重要性。PVT 曲線，即聚合物材料的壓力（Pressure）、體積（Volume）和溫度（Temperature）之間的關(guān)系曲線，它如同一個(gè)微觀世界的解碼器，為我們揭示了高分子材料在不同條件下的物理行為奧秘，對(duì)高分子材料的研發(fā)、加工以及產(chǎn)品質(zhì)量控制都起著舉足輕重的作用。
一
高分子材料的獨(dú)特 “指紋
摘要
熱力耦合的應(yīng)用在科學(xué)技術(shù)中有重要的意義。熱應(yīng)力和它所引起的強(qiáng)度、剛度問(wèn)題，在航空、航天和核反應(yīng)堆工程的設(shè)備和構(gòu)件上的重要性是不言而喻的。所以我們要對(duì)其進(jìn)行研究和求解。
本文采用線性有限元建模技術(shù)對(duì)熱環(huán)境下的梁結(jié)構(gòu)建模，求解一個(gè)線性熱彈性問(wèn)題。在熱彈性狀態(tài)下，溫度場(chǎng)與機(jī)械場(chǎng)不耦合，而機(jī)械場(chǎng)取決于溫度，因?yàn)闊釓椥员緲?gòu)關(guān)系中存在熱應(yīng)變。這種情況可以描述為弱熱力耦合。本報(bào)告將討論瞬態(tài)演化問(wèn)題的完全熱力耦合
關(guān)鍵詞：pKa,高精度熱力學(xué)計(jì)算，DFT，Gaussian，量子化學(xué)
胺類化合物在化學(xué)、藥物化學(xué)和生物化學(xué)中扮演著重要角色，它們不僅廣泛應(yīng)用于藥物設(shè)計(jì)、催化反應(yīng)、環(huán)境污染治理等領(lǐng)域，而且其酸堿性質(zhì)直接影響分子的溶解度、生物利用度和代謝途徑。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)胺類分子的 pKa 值，對(duì)于理解其酸堿行為和調(diào)控其化學(xué)反應(yīng)性具有重要意義。pKa 值反映了分子在水溶液中的酸性或堿性強(qiáng)度，通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，但實(shí)驗(yàn)方法常常受到溶劑效應(yīng)
以往的視頻中為了科普一些流體力學(xué)現(xiàn)象，常常會(huì)給大家做計(jì)算機(jī)仿真分析，臺(tái)式機(jī)不夠用時(shí)，筆記本偶爾也是要上場(chǎng)跑一跑的，這時(shí)就會(huì)聽(tīng)到它發(fā)出的呼呼風(fēng)聲。
與其說(shuō)這是風(fēng)聲，不如說(shuō)是筆記本的救命聲！做CFD計(jì)算這種高負(fù)載工作時(shí)CPU發(fā)熱量會(huì)急劇增加，若散熱不及時(shí)，輕則觸發(fā)溫度墻保護(hù)使之反應(yīng)速度變慢，重則藍(lán)屏死機(jī)。
但有時(shí)我們還不得不讓筆記本承擔(dān)這高負(fù)荷的工作，比如搞科研的時(shí)候和準(zhǔn)備搞科研的時(shí)候
一場(chǎng)猛烈的降溫，讓北方的同學(xué)以及在南方生活的北方同學(xué)徹底告別了短袖，羽絨服、大棉襖逐漸成為保命必需品。但你有沒(méi)有覺(jué)得，衣服穿著穿著就不那么暖了。為什么，這衣服還有救嗎？研究研究。
保暖的本質(zhì)是阻礙熱量的傳遞。熱量傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。
而只要你不光膀子，通過(guò)熱對(duì)流和熱輻射散熱的占比很低，所以衣服保暖與否主要看熱傳導(dǎo)。衡量熱傳導(dǎo)的關(guān)鍵參數(shù)叫導(dǎo)熱系數(shù)，越大，傳熱本領(lǐng)越強(qiáng)
玩游戲時(shí)，手機(jī)CPU、GPU、內(nèi)存等芯片高速運(yùn)轉(zhuǎn)，屏幕、揚(yáng)聲器等器件長(zhǎng)時(shí)間工作，功耗較大，手機(jī)溫度會(huì)隨之上升，有時(shí)會(huì)高達(dá)50度。在空氣中讓50度的手機(jī)降到常溫的時(shí)間，用非穩(wěn)態(tài)傳熱的集總參數(shù)法公式粗略計(jì)算一下：大約40分鐘，同樣再計(jì)算一下50度手機(jī)在水中降到常溫的時(shí)間：不到1.5分鐘。理論有了依據(jù)，接下來(lái)我們用軟件做個(gè)散熱效果的仿真，直觀地看一下溫度分布。
簡(jiǎn)單建了個(gè)手機(jī)模型，用軟件AIFEM
