第十章几个专题.ppt

第 十 章几 个 专 题 完 10-5 传热学在科学技术领域中的应用 1. 选用或发展合适的换热关联式，以便有效地设计各类热交换设备： 在能源、动力、化工、冶金等工程部门中大量地使用着各类热交换设备。如火力发电厂中的锅炉以及火力发电厂、核电厂的汽轮机系统中的凝汽器、除氧器、加热器、冷却塔，制冷与空调装置中制冷介质的蒸发器与冷凝器，石油、化工生产中用的加热器、重沸器、蒸馏釜，冶金工业中的各种加热炉、热风炉等都是热交换设备。 传热学的应用几乎涉及到每一个技术领域。以下我们从10个方面概要介绍生产技术领域中应用传热学的目的或传热学在发展某些科学技术领域中的作用。 2. 利用或开发各种强化换热的手段，以提高传热效果、降低材料消耗、改进设备紧凑性 由于在许多工艺或生产过程中换热器的投资占设备总投资相当大的比例或者是工艺过程的关键环节，因而如何强化传热、提高经济性就成为一项重要的工作。近20年来涌现出来的各种翅片管、紧凑式换热器以及强化制冷剂凝结与沸腾的多种强化表面就是适应这种需要的结果。 大型发电机中的定子线圈与转子线圈、电子器件中大规模集成电路的芯片以及核反应堆中的燃料棒，在运行中都会产生大量的热量；燃气轮机中转子上的叶片、各种车辆发动机中的汽缸及重返大气层时航天器的壳体，在运行过程中都受到强烈的加热。必须及时把这些热量有效地传递出去，才能保证设备的安全经济运行。 3. 开发或选择有效的冷却方法，以提高发热(受热)元件或设备的冷却效果，保障设备的安全、经济运行 4. 设计绝热工程、开发绝热技术，以节约能量、保护环境 几乎在所有的热能利用与热量传递场合，都会遇到不同程度的绝热问题。例如各种工业炉、窑的炉墙保温，工业与民用建筑的采暖与保温，冷冻、冷藏食品的保存，特别是低温与极低温(4K)环境的保持都需要利用绝热技术。 5. 预测加工制造工艺中工件内部的温度场，以合理地控制生产工艺过程，提高产品质量，或为热应力、热变形的计算提供依据 在金属材料的成型过程中会遇到大量的加热、冷却、金属熔化及液态金属凝固等复杂的传热问题，研究与预测这些工艺过程中工件的温度场的变化，对于控制产品的质量和生产率具有重要意义。 各种热力设备，如汽轮机与锅炉的汽包，起动、停车过程中在壁面中形成的温差常比正常运行时大，造成较大的热应力。在这种情况下，必须运用传热学的知识计算温度场、预测热应力，从而制定出可靠的起动、停车制度。电子设备、精密仪表在运行过程中同样存在热变形问题，因此设计时必须对不同环境条件下机内温度工况及变形有合理的计算。 6. 开发新能源、清洁能源，合理利用现有能源 传热学在开发新能源中的作用可以太阳能利用作为典型。在合理利用现有能源方面，可以相变储能技术的开发为例。为了解决普遍存在的日间用电高峰时段供不应求，而后夜低谷时段电力富裕的问题 (称为峰谷差) ，世界各国多采用相变储能技术，即在夜间电网低谷电价较低时, 采用电动制冷机将冷量储蓄于蓄冷介质中(如将水变成冰), 然后在日间用电高峰期部分或完全停止电动机组的运行，将蓄冷装置中的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺用冷的要求。实现这种蓄冷的关键问题之一是相变换热的规律性研究。 7. 多孔介质中的传热传质是与农业、林业、食品等部门中的许多操作或工艺有关的基本物理过程 多孔介质是构成地球生物圈的最基本的物质形式。土壤、岩层、植物与动物肌体都属于多孔介质。土壤与植物中的水分迁移，食品、木材、药品、农产品的干燥等都与多孔介质中的传热传质问题有关。土壤中热质迁移规律的研究对于土壤中的水分保持，肥、盐、污染物的处理具有重要意义。又如，食品的真空冷冻干燥过程是多孔介质中具有运动相界面的传热传质问题。这种方法可保留新鲜食品的色、香、味及维生素，是新一代的高质量食品保存方法。真空冷却的方法也用来冷却经烘焙杀菌的食品。 8. 生物医学工程中存在着大量涉及热量传递各种方式及非牛顿流体的传热问题 生物医学领域存在着大量的能量传递及平衡的现象。首先，人体与环境的换热就涉及到辐射及多种对流方式。人体向环境散热规律的研究为设计舒适的环境(如轿车车内环境)，提供了基础数据。在人体内部更是进行着各种常伴有化学反应的传热传质过程，并且经常由于能量传递与质量传递的不平衡导致人体内局部或大面积的病变。正是由于传热、传质的基本规律在生命科学研究中的重要作用，最近十余年来已逐渐形成了传热传质学的一门分支学科——生物传热学。实际上，人体从各种食物中摄