高等傳熱學 第一章緒論
傳熱學的研究范疇,熱力學研究范疇,系統與外界發生相互作用時，伴隨著能量傳輸，這種相互作用稱為功和熱。
只論及發生這種相互作用的過程的終態，并不討論這種相互作用的特性，以及相互作用進行的速率。
傳熱學研究范疇
能量傳輸過程中
這種相互作用的特性
這種相互作用的速率

何為傳熱以及如何傳熱
傳熱：由于溫差而引起的能量的轉移。
發生在：
物質本身 物質之間 彼此接觸 彼此不接觸
兩種傳熱類型——依傳熱媒介考慮
質點或微團 電磁波
這兩種傳熱的數學處理有著截然的不同。
現行的分類
傳導傳熱：發生在物質（固體或靜止流體）內部的能量轉移。
對流傳熱：發生在彼此接觸且有相對運動的兩種不同物性的物質（固體與流體，或液體與氣體）之間的能量轉移。
輻射傳熱：發生在彼此無物理接觸的兩種物質之間的能量轉移。
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傳導傳熱的物理機制及其科學問題
傳導傳熱的物理機制物質由無數個質點構成這些質點可以在一定的范圍內自由運動，運動的能量與質點自身所處的溫度有關質點碰撞模型——物質中攜帶能量較大的質點，通過碰撞將能量轉移至能量攜帶較小的質點。

微觀解釋：質點碰撞
微觀解釋應用于宏觀現象時，必須解決：
①材料的化學組成影響到材料的傳導性能
必須建立起質點與材料化學組成之間的關系
②材料的化學結構也影響到材料的傳導性能
必須建立起質點運動路徑與空間結構之間的關系
我們的研究
基于微觀（質點碰撞模型）的傳熱的數學描述：
每個質點具有不同的溫度，發生碰撞的彼此又是隨機的，無法對溫度差進行定量表述；
質點運動的方向和路徑具有不確定性，難以建立數學坐標系。
基于統計和宏觀的傳熱的數學描述
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傅立葉定律  q=-k*dT/dx
dT：統計值，是傳熱的驅動力所在。
dx：
數學上：dx在尺度上可以小到與質點自由行程有相同的數量級。
物理上：必須是大量質點的統計的宏觀效果之體現，dx的尺度必須遠大于質點的自由行程。
對傅立葉定律的認識
傳導系數k解決了質點碰撞模型無法解釋的材料不同而引起的傳導性能的差異
該定律無法成為具有普遍意義的物理定律，而只是實驗定律。
傳導系數k
一般表現為溫度T、位置x和材料β的函數，其數學形式為，k=f(T,x,β).
傳導的科學問題
傳導的科學問題均因傳導系數而引發：對于已知化學組成且材質均勻的材料而言，傳導系數的函數形式為，如何確定它的函數形式屬于物理學范疇。如果無法確定，則傅立葉定律的應用受到溫度范圍的限制。相同溫度且材質均勻的材料的傳導系數是不同材料的函數，形式為，確定其具體數據時引出技術問題（材料的熱物性參數測量）。對于內部均勻的材料，即使已經確定了傳導系數的函數形式，實際應用中仍存在如下數學問題：
維數：一維→三位（數學拓展）過程：穩態→瞬態（特殊數學解）
邊界：能否構成封閉解

對流傳熱的物理機制及其科學問題
彼此接觸的物體，在其界面上有兩種情況：
無相對運動動：只需考慮接觸界面的影響。
有相對運動時：
發生在界面上：既要考慮界面接觸的影響，也要考慮界面摩擦的影響。
未發生在界面上：僅需考慮易變形一側的物質。
研究方式
只關心這兩種物體之間的能量轉移，顯然這種能量轉移發生在縱向方向上，是一維現象，能量轉移的宏觀數學描述被表征為，
能量轉移的描述：(溫度差引發傳熱的驅動力表現在界面一側的關于易變形的物體內描述的是宏觀行為對流傳熱中的科學問題換熱系數h的確定)
觀察對流現象，可進行如下的分區：
橫向：層流區、過渡區、充分湍流區
縱向：層流段、過渡段、湍流段、勢流段
對于對流所涉及的兩種物質，我們只是關心其中的一種，在這種物質中，增加了成團質點的運動。因此對流傳熱的物理機制表現為：
質點水平上的隨機運動（質點碰撞模型仍然有效）；
成團質點的宏觀運動——可以用流體力學的方式來研究，最為關心的是其中的粘性。
對流傳熱的科學問題
對流傳熱系數h之數值的大小，與溫度之間之幾何空間中遇到的所有物理因素有關，其函數關系表述為，
其中的表面狀態和傳輸特性是物質的屬性，因此需要研究的科學問題完全由流體的運動特性所引發，敘述如下：
1.橫向上的流動現象及其分類（流體力學實驗）
2.縱向上流動現象的數學表述（微分方程、積分方程）
3.邊界問題的處理
4.特殊的數學求解方法
5.封閉條件的構造：模型或假設
雖然可以通過實驗確定對流傳熱系數h，但注意到在橫向上，由于流動特性的變化。因此，希望通過流動的研究，建立函數的具體形式。

輻射傳熱的物理機制及其科學問題
輻射傳熱的特點：
被釋放的能量只能在表面處才能逸離，因此輻射是一種表面現象。
逸離方向是隨機的，因此輻射傳熱向周圍所有方向進行，這體現為輻射的方向分布；如果逸離方向是均勻的，即所有方向上的輻射強度相等，則被稱為漫發射。
在不同的波長上觀察輻射能量，具有不同的分布，稱為輻射的光譜分布。輻射傳熱的物理機制：構成物質的許多電子因振蕩和躍遷而釋放能量，這種釋放使能量離開表面而進入周圍空間。
輻射傳熱的科學問題
兩個表面之間發生的輻射傳熱（能量轉移）的描述：
科學問題：
積分號內完全是數學問題——空間關系確定后，完全是數學問題。
輻射強度通常與材料有關——值得關注的物理問題，普朗克定律僅解決了黑體。
普朗克定律之后，如何由輻射強度的測量計算溫度？
本章小結
1.傳熱存在著三種模式；
2.在三種傳熱模式中，傳導模式涉及到尺度問題；
3.傳導涉及到材料的內部，輻射涉及到材料的表面，均屬于物理學范疇；
4.對流涉及到表面與運動流體，屬于流體力學范疇；
5.在求解傳導和對流傳熱問題時，都將會遇到特殊的數學處理方法；
6.對流問題不僅涉及到現象分類，而且涉及到物理模型的建立；
7.輻射傳熱中的關鍵科學問題，是如何根據輻射測量數據反演溫度。
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