傳熱傳質學

傳熱傳質學是研究物質的熱量及質量傳遞規律的科學。傳熱學研究不同溫度物體或同一物體不同溫度部分熱量的傳遞過程。

傳熱傳質學主要介紹傳熱、傳質過程所遵循的基本原理；分析穩態和非穩態條件下熱傳導及質量擴散現象；研究熱對流過程中的能量平衡及質量傳遞的問題；討論解決實際工程問題的數學方法。總的來說，傳熱與傳質主要講的是對流換熱現象以及對流換熱中的問題及解答。

基本介紹

• 中文名：傳熱傳質學
• 外文名：heat and masstransfer
• 形成時期：20世紀初
• 套用：能源動力、材料冶金等

發展歷史

1701年牛頓 (I.Newton) 提出牛頓冷卻定律， 給出了表示對流換熱強度的換熱係數定義式，但揭示對流換熱物理本質是在19世紀流體力學有足夠發展之後。1883年雷諾 (L.P.Reynolds) 提出的層流、 湍流概念，1904年普朗特 (L.P.Prandtl) 的邊界層理論及1915年努謝爾特 (E.K.W.Nusselt) 的因次分析，從理論和實驗上為研究對流換熱奠定了基礎。

在導熱方面，1804年畢奧 (J.B.Biot) 提出導熱規律後，1822年傅立葉 (J.B.J.Fourier) 給出了定量的、 微分形式的傅立葉定律，為導熱的研究奠定了基礎。 熱輻射方面，首先在熱力學方法的研究基礎上，於 1860年基爾霍夫 (G.R.Kirchhoff) 提出在熱平衡條件下，物體的發射率和吸收率間的關係——基爾霍夫定律。1878年斯忒藩 (J.Stefan) 通過實驗揭示了輻 射能量與絕對溫度四次方成正比的關係，1884年為玻耳茲曼 (L.E.Boltzman) 在理論上所證明，後稱為斯忒藩——玻爾茲曼定律。1900年普朗克用經典 量子理論提出了黑體輻射能量與絕對溫度、波長的關 系。這些發現為輻射換熱奠定了基礎。

在傳質方面， 1855年費克 (A.Fick) 提出了反映分子擴散中質量傳遞與濃度梯度關係的公式——費克定律。1929年施密特 (E.H.Schmidt) 指出傳質與換熱的類同關係。由上可看出傳熱學作為學科形成於19世紀，而傳熱傳質學的名稱直到20世紀才提出來。

學科內容

傳質學研究兩種或多種組分物質中，物質由高濃度向低 濃度方向的傳遞過程。傳熱的基本方式有熱傳導、熱 對流和熱輻射三種。直接接觸的物體依靠微觀粒子的 熱運動產生的熱量傳遞稱為熱傳導，也稱導熱。

不同溫度的流體各部分之間發生巨觀的相對運動引起的熱 量傳遞稱為熱對流。工程中將流體與所接觸的固體表面間的熱量交換過程稱為對流換熱。它是導熱與熱對流綜合作用的結果，又稱對流傳熱或對流放熱。物體由於熱原因發出的輻射能稱為熱輻射。

物體間依靠熱輻射傳遞熱量的過程稱為輻射換熱，又稱輻射傳熱。 工程中常出現多種傳熱方式共同作用的熱量傳遞過程，有時並伴隨著傳質。

套用領域

20世紀以來，由於機械、動力、化工、冶金、 建築、宇航、食品、電子等工業發展的要求，傳熱傳質學與熱力學、流體力學、燃燒學、電磁學、計算數學、機械工程學等一些學科相互滲透，獲得迅速發展，並且出現了許多重要的分支。其套用研究還正在滲入到農業、生物、醫學、地質、氣象等更為廣泛的領域。

在傳統的導熱、對流、輻射領域內出現很多新內容，如： 複雜幾何、物理條件下的溫度分布，異形管槽的對流換熱，含有吸收、散射性介質的輻射換熱等。

按學科內容分，如： 描述沸騰、凝結、凍結及溶化的相變換熱；多孔介質中的換熱；高溫、高速或真空中的傳熱；描寫輻射換熱與其他換熱共同作用的複合換熱；電漿中的換熱；乾燥；傳熱的數值計算等。按套用分，如： 換熱器；爐內傳熱；實驗技術與設備；熱管技術；太陽能等。