傳熱學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用1+頁(yè)碼

傳熱學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用傳熱學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用傳熱學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用傳熱學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用卜康龍摘要：傳熱學(xué)從形成到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了幾個(gè)世紀(jì)，取得了許多成就，且越來(lái)越多的與其它學(xué)科相互交叉，如：航空航天、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)等，由于問(wèn)題的復(fù)雜化和多樣化，不斷有新的研究方法、新的技術(shù)以及新的理論被運(yùn)用其中。關(guān)鍵詞：傳熱學(xué)；傳熱方式；發(fā)展歷程；微尺度傳熱傳熱學(xué)是一門(mén)研究由于有溫度差異而引起的能量傳遞過(guò)程的規(guī)律及其具體應(yīng)用的學(xué)科。熱和冷是人們熟知的一對(duì)固有矛盾。而熱量的傳遞,則是最常見(jiàn)的自然現(xiàn)象之一。自發(fā)的傳熱,永遠(yuǎn)使對(duì)立的冷熱雙方各向自己的反面轉(zhuǎn)化:原先溫度比較高的,將因傳走熱量而逐漸冷卻,表現(xiàn)為溫度下降或者氣體冷凝和液體凝固，原先溫度比較低的,則因得到熱量而逐漸被加熱,表現(xiàn)為溫度升高或者固體熔化和液體蒸發(fā)。無(wú)論固體液體或者氣體,只要相互之間或者內(nèi)部各部分之間存在溫度差異,就會(huì)出現(xiàn)傳熱。通常認(rèn)為傳熱可有三種在本質(zhì)上互不相同的基本方式:熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)、熱對(duì)流和熱輻射。熱傳導(dǎo)是指在不涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)移的情況下，熱量從物體中溫度較高的部位傳遞給相鄰的溫度較低的部位，或從高溫物體傳遞給相接觸的低溫物體的過(guò)程，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。熱對(duì)流是指不同溫度的流體各部分由相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的熱量交換。工程上廣泛遇到的對(duì)流換熱，是指流體與其接觸的固體壁面之間的換熱過(guò)程，它是熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流綜合作用的結(jié)果。決定換熱強(qiáng)度的主要因素是對(duì)流的運(yùn)動(dòng)情況。熱輻射是指物體因自身具有溫度而輻射出能量的現(xiàn)象。它是波長(zhǎng)在0.1～100微米之間的電磁輻射，因此與其他傳熱方式不同，熱量可以在沒(méi)有中間介質(zhì)的真空中直接傳遞。太陽(yáng)就是以輻射方式向地球傳遞巨大能量的。每一物體都具有與其絕對(duì)溫度的四次方成比例的熱輻射能力，也能吸收周?chē)h(huán)境對(duì)它的輻射熱。輻射和吸收所綜合導(dǎo)致的熱量轉(zhuǎn)移稱為輻射換熱。實(shí)際傳熱過(guò)程一般都不是單一的傳熱方式，如\o"火焰"火焰對(duì)\o"爐壁"爐壁的傳熱，就是輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)的綜合，而不同的傳熱方式則遵循不同的傳熱規(guī)律。為了分析方便，人們?cè)趥鳠嵫芯恐邪讶N傳熱方式分解開(kāi)來(lái)，然后再加以綜合。1傳熱的發(fā)展歷程傳熱學(xué)作為學(xué)科形成于19世紀(jì)。導(dǎo)熱和對(duì)流兩種基本熱量傳遞方式早為人們所認(rèn)識(shí)，第三種熱量傳遞方式則是在1803年發(fā)現(xiàn)了紅外線才確認(rèn)的，它就是熱輻射方式。三種方式基本理論的確立則經(jīng)歷了各自獨(dú)特的歷程。在批判“熱素說(shuō)”確認(rèn)熱是一種運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，科學(xué)史上的兩個(gè)著名實(shí)驗(yàn)起著關(guān)鍵作用。其一是1798年倫福特鉆炮筒大量發(fā)熱的實(shí)驗(yàn)，其二是1799年戴維兩塊冰塊摩擦生熱化為水的實(shí)驗(yàn)。確認(rèn)熱來(lái)源于物體本身內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)開(kāi)辟了探求導(dǎo)熱規(guī)律的途徑。19世紀(jì)初，蘭貝特、畢渥和傅里葉都從固體一維導(dǎo)熱的實(shí)驗(yàn)研究入手開(kāi)展了研究。1804年畢渥根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出了一個(gè)公式，認(rèn)為每單位時(shí)間通過(guò)每單位面積的導(dǎo)熱熱量正比例于兩側(cè)表面溫差，反比例于壁厚，比例系數(shù)是材料的物理性質(zhì)。這個(gè)公式提高了對(duì)導(dǎo)熱規(guī)律的認(rèn)識(shí)。1807年他提出了求解場(chǎng)微分方程的分離變量法和可以將解表示成一系列任意函數(shù)的概念，得到學(xué)術(shù)界的重視。1812年法國(guó)科學(xué)院以“熱量傳遞定律的數(shù)學(xué)理論及理論結(jié)果與精確實(shí)驗(yàn)的比較”為題設(shè)項(xiàng)競(jìng)獎(jiǎng)。經(jīng)過(guò)努力，傅里葉于1822年發(fā)表了他的著名論著“熱的解析理論”，成功地完成了創(chuàng)建導(dǎo)熱理論的任務(wù)。他提出的導(dǎo)熱定律正確概括了導(dǎo)熱實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，現(xiàn)稱為傅里葉定律，奠定了導(dǎo)熱理論的基礎(chǔ)。他從傅里葉定律和能量守恒定律推出的導(dǎo)熱微分方程是導(dǎo)熱問(wèn)題正確的數(shù)學(xué)描寫(xiě)，成為求解大多數(shù)工程導(dǎo)熱問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)。他所提出的采用無(wú)窮級(jí)數(shù)表示理論解的方法開(kāi)辟了數(shù)學(xué)求解的新途徑。傅里葉被公認(rèn)為導(dǎo)熱理論的奠基人。在傅里葉之后，導(dǎo)熱理論求解的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，許多學(xué)者作出了貢獻(xiàn)，其中，雷曼、卡斯勞、耶格爾和亞科布等人的工作值得重視。

在熱對(duì)流方面，英國(guó)科學(xué)家牛頓于1701年在估算燒紅鐵棒的溫度時(shí)，提出了被后人稱為牛頓冷卻定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，不過(guò)它并沒(méi)有揭示出對(duì)流換熱的機(jī)理。流體流動(dòng)的理論是對(duì)流換熱理論的必要前提。1823年納維提出的流動(dòng)方程可適用于不可壓縮性流體。此方程1845年經(jīng)斯托克斯改進(jìn)為納維—斯托克斯方程，完成了建立流體流動(dòng)基本方程的任務(wù)。然而，由于方程式的復(fù)雜性，只有很少數(shù)簡(jiǎn)單流動(dòng)能進(jìn)行求解，發(fā)展遇到了困難。這種局面一直等到1880年雷諾提出了一個(gè)對(duì)流動(dòng)有決定性影響的無(wú)量綱物理量群之后才有改觀。這個(gè)物理量群后被稱為雷諾數(shù)。在1880至1883年間雷諾進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)流動(dòng)層流向湍流的轉(zhuǎn)變發(fā)生在雷諾數(shù)的數(shù)值為1800至2000之間，澄清了實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的混亂，對(duì)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究作出了重大貢獻(xiàn)。比單純流動(dòng)更為復(fù)雜的對(duì)流換熱問(wèn)題的理論求解進(jìn)展不大。1881年洛侖茲自然對(duì)流的理論解，1885年格雷茨和1910年努謝爾特管內(nèi)換熱的理論解及1916年努謝爾特凝結(jié)換熱理論解分別作出了貢獻(xiàn)，只是為數(shù)不多。具有突破意義的進(jìn)展要推1909和1915年努謝爾特兩篇論文的貢獻(xiàn)。他對(duì)強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流的基本微分方程及邊界條件進(jìn)行量綱分析獲得了有關(guān)無(wú)量綱數(shù)之間的原則關(guān)系。開(kāi)辟了在無(wú)量綱數(shù)原則關(guān)系正確指導(dǎo)下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究求解對(duì)流換熱問(wèn)題的一種基本方法，有力地促進(jìn)了對(duì)流換熱研究的發(fā)展。考慮到量綱分析法在1914年才由白金漢提出，相似理論則在1931年才由基爾皮切夫等發(fā)表，努謝爾特的成果有其獨(dú)創(chuàng)性。努謝爾特于是成為發(fā)展對(duì)流換熱理論的杰出先驅(qū)。在微分方程的理論求解上，兩個(gè)方面的進(jìn)展發(fā)揮了重要作用。其一是普朗特于1904年提出的邊界層概念。他認(rèn)為，低粘性流體只有在橫向速度梯度很大的區(qū)域內(nèi)才有必要考慮粘性的影響，這個(gè)范圍主要處在與流體接觸的壁面附近，而其外的主流則可以當(dāng)作無(wú)粘性流體處理。這是一個(gè)經(jīng)過(guò)深思熟慮、切合實(shí)際的論斷。在邊界層概念的指導(dǎo)下，微分方程得到了合理的簡(jiǎn)化，有力地推動(dòng)了理論求解的發(fā)展。1921年波爾豪森在流動(dòng)邊界層概念的啟發(fā)下又引進(jìn)了熱邊界層的概念。1930年他與施密特及貝克曼合作，成功地求解了豎壁附近空氣的自然對(duì)流換熱。數(shù)學(xué)家與傳熱學(xué)家合作，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，成為科學(xué)研究史上成功合作的范例。其二是湍流汁算模型的發(fā)展。1925年的普朗特比擬，1939年的卡門(mén)比擬以及1947年馬丁納利的引伸記錄著早期發(fā)展的軌跡。由于湍流問(wèn)題在應(yīng)用上的重要性，湍流計(jì)算模型的研究隨著對(duì)湍流機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深化而蓬勃發(fā)展，逐漸發(fā)展成為傳熱學(xué)研究中的一個(gè)令人矚目的熱點(diǎn)。它也有力地推動(dòng)著理論求解向縱深發(fā)展。還應(yīng)該提到，在對(duì)流換熱理論的近代發(fā)展中，麥克亞當(dāng)、貝爾特和?？颂叵群笞鞒隽酥匾暙I(xiàn)。

在熱輻射的早期研究中，認(rèn)識(shí)黑體輻射的重要意義并用人工黑體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究對(duì)于建立熱輻射的理論具有重要作用。1889年盧默等人測(cè)得了黑體輻射光譜能量分布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。19世紀(jì)末斯蒂芬(J，Stefan)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確立了黑體輻射力正比于它的絕對(duì)溫度的四次方的規(guī)律，后來(lái)在理論上被玻耳茲曼所證實(shí)。這個(gè)規(guī)律被稱為斯蒂芬—玻耳茲曼定律。熱輻射基礎(chǔ)理論研究中的最大挑戰(zhàn)在于確定黑體輻射的光譜能量分布。1896年維恩通過(guò)半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法推導(dǎo)出一個(gè)公式。這個(gè)公式雖然在短波段與實(shí)驗(yàn)比較符合，但在長(zhǎng)波段則與實(shí)驗(yàn)顯著不符。幾年后，瑞利從理論上也推導(dǎo)出一個(gè)公式，此公式1905年又經(jīng)過(guò)金斯改進(jìn)，后人稱它為瑞利—金斯公式。這個(gè)公式在長(zhǎng)波段與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合而在短波段則與實(shí)驗(yàn)差距很大，而且隨著頻率的增高，輻射能量將增至無(wú)窮大，這顯然是十分荒唐的。瑞利—金斯公式在高頻部分即紫外部分遇到了無(wú)法克服的因難，簡(jiǎn)直是理論上的一場(chǎng)災(zāi)難，因此被稱為“紫外災(zāi)難”。“紫外災(zāi)難”的出現(xiàn)使人們強(qiáng)烈地意識(shí)到，原先以為已經(jīng)相當(dāng)完美的經(jīng)典物理學(xué)理論確實(shí)存在著問(wèn)題。問(wèn)題的解決有賴于觀念上新的突破。普朗克決心找到一個(gè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符的新公式。經(jīng)過(guò)艱苦努力，他終于在1900年提出了—個(gè)公式。其后的實(shí)驗(yàn)證實(shí)普朗克公式與實(shí)際情況在整個(gè)光譜段完全符合。在尋求這個(gè)公式的物理解釋中，他大膽地提出了與經(jīng)典物理學(xué)的連續(xù)性概念根本不同的新假說(shuō)，這就是能量子假說(shuō)。能量子假說(shuō)認(rèn)為，物體在發(fā)出輻射和吸收輻射時(shí)，能量不是連續(xù)地變化的，而是跳躍地變化的，即能量是一份一份地發(fā)射和一份地吸收的，每一份能量都有—定的數(shù)值，這些能量單元稱為“量子”?？茖W(xué)發(fā)展的道路往往是曲折的。普朗克公式因?yàn)槿狈碚撘罁?jù)而在當(dāng)時(shí)不為人們所接受。普朗克本人對(duì)他的新假設(shè)認(rèn)識(shí)上也有反復(fù)。只有在1905年愛(ài)因斯坦的光量子研究得到公認(rèn)后，普朗克公式才為人們所接受。按照量子理論確立的普朗克定律正確地揭示了黑體輻射能量光譜分布的規(guī)律，奠定了熱輻射理論的基礎(chǔ)。在物體之間的輻射熱量交換方面有兩個(gè)重要的理論問(wèn)題。其一是物體的發(fā)射率與吸收比之間的關(guān)系問(wèn)題。1859和1860年基爾霍夫的兩篇論文提供了解答。雖然他在1860年論文中的證明是針對(duì)單色和偏振輻射的，然而它的重要意義正在于對(duì)全光譜輻射的推廣。其二是物體間輻射換熱的計(jì)算方法。由于物體之間的輻射換熱是一個(gè)無(wú)窮反射逐次削弱的復(fù)雜物理過(guò)程，計(jì)算方法的研究有其特殊的重要意義。1935年波略克借鑒商務(wù)結(jié)算提出的凈輻射法，1954年霍特爾提出、1967年又加以改進(jìn)的交換因子法以及1956年奧本亥姆提出的模擬網(wǎng)絡(luò)法，是三種受到重視的計(jì)算方法。他們分別為完善此類(lèi)復(fù)雜問(wèn)題的計(jì)算方法作出了貢獻(xiàn)。

除了上述按基本熱量傳遞方式的發(fā)展以外，測(cè)量新技術(shù)、計(jì)算機(jī)、激光技術(shù)等新技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)傳熱學(xué)的發(fā)展也發(fā)揮了重要作用。還要特別提到的是，由于計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，用數(shù)值方法對(duì)傳熱問(wèn)題的分析研究取得了重大進(jìn)展，在20世紀(jì)70年代已經(jīng)形成一個(gè)新興分支一數(shù)值傳熱學(xué)。近年來(lái)，數(shù)值傳熱學(xué)得到了蓬勃的發(fā)展，顯示出它的巨大活力。從以上發(fā)展簡(jiǎn)史可以看出，傳熱學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)理論體系初具和發(fā)展充滿活力的基礎(chǔ)學(xué)科。它在生產(chǎn)發(fā)展的推動(dòng)下成長(zhǎng)。同時(shí)，它的建立和發(fā)展反過(guò)來(lái)又促進(jìn)生產(chǎn)的進(jìn)步發(fā)展。當(dāng)前，能源技術(shù)、環(huán)境技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)、空間技術(shù)等新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，向傳熱學(xué)提出了新的課題和新的挑戰(zhàn)?？梢韵嘈?，傳熱學(xué)在迎接時(shí)代新挑戰(zhàn)的過(guò)程中，必將獲得更大的發(fā)展，取得更加輝煌的成就。2傳熱研究的現(xiàn)狀及應(yīng)用20世紀(jì)以前，傳熱學(xué)是作為物理熱學(xué)的一部分而逐步發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)以后，傳熱學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的技術(shù)學(xué)科獲得迅速發(fā)展，越來(lái)越多地與熱力學(xué)、流體力學(xué)、燃燒學(xué)、電磁學(xué)和機(jī)械工程學(xué)等一些學(xué)科相互滲透，形成多相傳熱、非牛頓流體傳熱、燃燒傳熱、等離子體傳熱和數(shù)值計(jì)算傳熱等許多重要分支。傳熱學(xué)理論廣泛存在于工程技術(shù)領(lǐng)域。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?，F(xiàn)在，機(jī)械工程仍不斷地向傳熱學(xué)提出大量新的課題。如澆鑄和冷凍技術(shù)中的相變導(dǎo)熱，切削加工中的接觸熱阻和噴射冷卻，等離子工藝中帶電粒子的傳熱特性，核工程中有限空間的自然對(duì)流，動(dòng)力和化工機(jī)械中超臨界區(qū)換熱，小溫差換熱，兩相流換熱，復(fù)雜幾何形狀物體的換熱，湍流換熱等。隨著激光等新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的引入和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，為傳熱學(xué)的發(fā)展提供了廣闊前景。當(dāng)前，能源與環(huán)境問(wèn)題面臨著新的挑戰(zhàn)，傳熱作為能源動(dòng)力系統(tǒng)的基本過(guò)程之一，傳熱部件性能的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)效率、安全性及可靠性。同時(shí)，國(guó)際學(xué)術(shù)前沿也需要將熱物理學(xué)科和材料學(xué)科、化學(xué)學(xué)科進(jìn)行交叉。2004年6月中科院力學(xué)所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的院知識(shí)創(chuàng)新重要方向項(xiàng)目“微重力科學(xué)若干基礎(chǔ)性研究”在兩相流傳熱研究方面取得新進(jìn)展。1、微細(xì)通道流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)——矩形窄通道內(nèi)單相強(qiáng)迫對(duì)流傳熱與流動(dòng)沸騰兩相傳熱現(xiàn)象研究發(fā)現(xiàn)尺度減小傳熱強(qiáng)化，但臨界熱流降低，與微重力兩相流型進(jìn)行了比較，二者具有很強(qiáng)的相似性，能夠進(jìn)行相互模擬。2、空間池沸騰傳熱實(shí)驗(yàn)裝置研制與地面實(shí)驗(yàn)——研制返回式衛(wèi)星搭載實(shí)驗(yàn)裝置(目前正樣裝置加工準(zhǔn)備就緒)，利用模樣產(chǎn)品開(kāi)展地面實(shí)驗(yàn)工作，對(duì)空間搭載實(shí)驗(yàn)所要求的各項(xiàng)功能均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并著重對(duì)地面常重力環(huán)境中穩(wěn)定的雙模態(tài)過(guò)渡沸騰現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)雙模態(tài)過(guò)渡沸騰曲線并不像文獻(xiàn)中所報(bào)導(dǎo)的是直線，而是右鄰近CHF點(diǎn)處存在一極小值，影響到實(shí)際傳熱形態(tài)的變化。3、微重力兩相流現(xiàn)象的相似規(guī)律研究——分析重力對(duì)兩相流型特征的影響，提出了氣液兩相流型的重力無(wú)關(guān)判據(jù)和相似性準(zhǔn)則，為地面模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)解釋提供理論指導(dǎo)。4、微重力氣液兩相環(huán)狀流特征分析與實(shí)驗(yàn)研究——針對(duì)復(fù)雜信號(hào)多尺度特性發(fā)展了一套雙重小波包分解算法，能較好地提取復(fù)雜信號(hào)的本質(zhì)特征，為環(huán)狀流界面波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析作好準(zhǔn)備。2011年3月，中科院廣州能源研究所地?zé)崮軐?shí)驗(yàn)室科研人員前往山東富爾達(dá)地?zé)崮芄こ碳夹g(shù)聯(lián)合研發(fā)中心進(jìn)行中低溫發(fā)電機(jī)組有機(jī)工質(zhì)傳熱性能實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)取得新進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)主要研究了有機(jī)工質(zhì)在各種不同熱源溫度和熱水溫差下的傳熱特性和運(yùn)行規(guī)律，并對(duì)蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱效果進(jìn)行了測(cè)試，為中低溫發(fā)電機(jī)組的研制開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2011節(jié)能控排傳熱進(jìn)展國(guó)際研討會(huì)，國(guó)內(nèi)外20余名傳熱領(lǐng)域知名學(xué)者在會(huì)上作主題報(bào)告。大會(huì)分別就可再生及清潔能源、高溫?fù)Q熱器、緊湊式換熱器、多相流、多孔介質(zhì)、輻射及能源儲(chǔ)蓄等9個(gè)議題中的傳熱傳質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分組討論和交流。久立特材核電站蒸發(fā)器用800合金U形傳熱管已于2012年1月9日通過(guò)了中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)產(chǎn)品鑒定。2013年該產(chǎn)品正式交付使用并通過(guò)驗(yàn)收，表明久立特材已成為世界上第三家能生產(chǎn)核電蒸汽發(fā)生器用800U形傳熱管生產(chǎn)的企業(yè),并標(biāo)志著該核電關(guān)鍵產(chǎn)品已真正實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。2012年北京志盛博卡節(jié)能技術(shù)研究院聯(lián)合北京某公司共同研究開(kāi)發(fā)的ZS-411輻射散熱降溫涂料是一種輻射熱量加快熱量傳導(dǎo)的一種涂料，輻射散熱降溫涂料能夠以1-13.5μm波長(zhǎng)形式發(fā)射走所涂刷在物體上的熱量，降低物體表面溫度，新型輻射散熱涂料選用了具有較高的可見(jiàn)光和近紅外光反射率較高的熱紅外發(fā)射率和穩(wěn)定性的志盛威華特有的散熱高傳導(dǎo)溶液，溶液里加入了具有較高的熱傳導(dǎo)率和發(fā)射性納米碳管、具有電子躍遷多種尖晶石和保持涂層整體穩(wěn)定性的稀土元素氧化物等，在原有的基礎(chǔ)上提高散熱傳導(dǎo)20%以上，特別是在真空環(huán)境中加快散熱率可以提高60%以上。2013年6月新疆六師的1100MW超超臨界褐煤鍋爐點(diǎn)火成功，鍋爐內(nèi)的溫度升高到1450℃，鍋爐外表面溫度還維持在55℃。鍋爐超高內(nèi)部溫度，超低的外部溫度，高效的鍋爐隔熱保溫系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。當(dāng)前我國(guó)工業(yè)鍋爐能源資源浪費(fèi)情況十分嚴(yán)重，節(jié)能潛力很大，隨著不可再生資源的減少，能源價(jià)格飛速上漲以及世界對(duì)環(huán)保、節(jié)能減排的日益重視。鍋爐市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)逐漸轉(zhuǎn)向熱效能高、環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)。傳統(tǒng)老式電熱、燃油、燃煤、燃?xì)忮仩t由于耗能高、污染大、安全性差等原因?qū)⒅鸩酵顺鰵v史舞臺(tái)。2013年中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)術(shù)會(huì)議暨國(guó)家自然科學(xué)基金傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域項(xiàng)目進(jìn)展交流會(huì)議”在重慶成功召開(kāi)。參加本年度“中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨國(guó)家自然科學(xué)基金傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域項(xiàng)目進(jìn)展交流會(huì)議”交流的學(xué)術(shù)論文達(dá)814篇，基金項(xiàng)目進(jìn)展交流139項(xiàng)。會(huì)議包含11個(gè)專(zhuān)題：傳熱傳質(zhì)類(lèi)自然科學(xué)基金項(xiàng)目交流、熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱、相變換熱、輻射換熱、微小尺度傳熱、生物傳熱、多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)、測(cè)量及顯示技術(shù)、數(shù)值模擬、工業(yè)應(yīng)用、換熱器及其它。會(huì)議還特別在26日晚上設(shè)置了傳熱傳質(zhì)學(xué)科交叉前沿論壇，作了“AchievingSynergyamongtheFlowsofMass,Ions,andElectronsinElectrochemicalPowerSystems”,“熱輻射光譜特性與傳輸——國(guó)防科技中的應(yīng)用”,“生物質(zhì)能源技術(shù)的若干關(guān)鍵問(wèn)題”,“通向腫瘤高端能量治療裝備：熱科學(xué)的獨(dú)特價(jià)值”,“飛行器傳熱傳質(zhì)學(xué)問(wèn)題研究”,“水合物形成過(guò)程的熱質(zhì)傳遞”等交叉學(xué)科報(bào)告，向與會(huì)師生展現(xiàn)了傳熱傳質(zhì)學(xué)科與其他學(xué)科交叉所產(chǎn)生的魅力，開(kāi)發(fā)了與會(huì)師生的科研智力，為其今后的科研方向指明了道路。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心科研人員研究出由聚合物先驅(qū)體法制備的SiOC大孔陶瓷的傳熱性能存在“構(gòu)效關(guān)系”。SiOC大孔陶瓷室溫下表觀熱導(dǎo)率在0.041W?m-1?K-1~0.078W?m-1?K-1的量值，該隔熱性能可與已報(bào)道的鋁氣凝膠和碳?xì)饽z相比擬。針對(duì)SiOC大孔陶瓷的實(shí)際微觀結(jié)構(gòu)，提出了描述其熱輸運(yùn)的立方陣列交叉納米球模型（如圖1所示）并發(fā)展了預(yù)測(cè)有效熱導(dǎo)率的理論公式。研究進(jìn)一步揭示了相同熱解溫度形成的SiOC大孔陶瓷的表觀熱導(dǎo)率主要受SiOC固相體積分?jǐn)?shù)的影響，而經(jīng)不同熱解溫度形成的SiOC大孔陶瓷，其微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，尤其是相鄰顆粒間接觸長(zhǎng)度與顆粒直徑的比值a/d是影響其熱輸運(yùn)的另一個(gè)關(guān)鍵因素日本京都2014國(guó)際傳熱大會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員、清華大學(xué)雙聘教授劉靜獲得國(guó)際傳熱界最高獎(jiǎng)項(xiàng)之一威廉?伯格獎(jiǎng)（TheWilliamBegellMedal），這是中國(guó)科學(xué)家首次獲得國(guó)際傳熱界最高獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)。在國(guó)際傳熱大會(huì)上，劉靜研究員以“通向惡性腫瘤靶向冷凍或熱消融治療的途徑：生物體系內(nèi)熱量的精準(zhǔn)輸運(yùn)”為題作了45分鐘大會(huì)主題報(bào)告。油菜是經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、發(fā)展?jié)摿Υ蟮挠土献魑铮彩堑鞍踪|(zhì)、飼料、蜜源和能源作物，油菜籽的干燥和儲(chǔ)存聯(lián)系油菜高產(chǎn)，栽培和油脂深加工綜合利用。楊玲等[1]在分析油菜籽干燥特點(diǎn)和主要干燥技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜述了油菜籽熱風(fēng)干燥傳熱傳質(zhì)與優(yōu)化的研究進(jìn)展，以期為油菜籽熱風(fēng)干燥裝置設(shè)計(jì)、干燥工藝、參數(shù)和過(guò)程優(yōu)化等的研究提供依據(jù)，其有關(guān)油菜籽熱風(fēng)干燥傳熱傳質(zhì)與優(yōu)化的研究多限于實(shí)驗(yàn)層面，不具有廣泛適用性。傳統(tǒng)干燥理論和模型大多以Luikov理論和Whitaker理論為基礎(chǔ)，對(duì)其適當(dāng)簡(jiǎn)化或修正，由于假設(shè)多孔介質(zhì)為均勻分布連續(xù)介質(zhì)，無(wú)法揭示局部和整體之間的本質(zhì)聯(lián)系。將分形理論與孔道網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合是多孔介質(zhì)干燥尺度綜合的有效方法。數(shù)值研究有宏觀、多尺度和微觀三個(gè)層面，借助CFD技術(shù)可以有效獲悉干燥速率、能量消耗和濕分分布等信息，優(yōu)化干燥裝置和過(guò)程控制。油菜籽熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)研究主要集中在干燥特性、干燥品質(zhì)及其測(cè)量技術(shù)等方面，為獲得良好的干燥品質(zhì)，應(yīng)注意干燥工藝、參數(shù)和過(guò)程優(yōu)化。國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究人員對(duì)多孔介質(zhì)熱風(fēng)干燥傳熱傳質(zhì)機(jī)理、干燥特性、干燥品質(zhì)、干燥工藝及過(guò)程控制等進(jìn)行了大量的研究，并取得了很多研究成果，2014年10月，中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司完成了臺(tái)山核電EPR堆型國(guó)內(nèi)首臺(tái)機(jī)組蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流役前檢查工作。此次蒸發(fā)器傳熱管渦流役前檢查工作，是中廣核檢測(cè)技術(shù)公司自主研發(fā)的核心檢驗(yàn)技術(shù)首次應(yīng)用于EPR堆型三代機(jī)組，具有新堆型、新研制檢驗(yàn)設(shè)備首次應(yīng)用、工期窗口設(shè)置短的特點(diǎn)。該里程碑節(jié)點(diǎn)如期完成，標(biāo)志著中廣核檢測(cè)技術(shù)公司自主研制設(shè)備在EPR三代機(jī)組上的成功應(yīng)用，為臺(tái)山核電役前檢查項(xiàng)目全面順利開(kāi)展奠定了良好開(kāi)局。2014年北大在超/近臨界流體微尺度流動(dòng)傳熱研究方面有突破。張信榮課題組從超/近臨界流體邊界層對(duì)流穩(wěn)定性的角度，首次分析了開(kāi)放通路系統(tǒng)中的超/近臨界流體受到局部熱擾動(dòng)時(shí)，由于其極低的熱擴(kuò)散系數(shù)和較高的膨脹特性，從而迅速在熱源附近建立薄熱邊界層以及發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的熱動(dòng)力過(guò)程，從基本的微尺度熱對(duì)流穩(wěn)定性角度解釋了上述的特殊渦流動(dòng)現(xiàn)象。這一過(guò)程最終歸結(jié)為經(jīng)典的K-H不穩(wěn)定性和R-T不穩(wěn)定性在微尺度特殊流體方面的拓展。其要點(diǎn)在于超/近臨界流體薄熱邊界層熱聲擾動(dòng)過(guò)程與重力的耦合作用，并且在不同時(shí)間尺度上又有不同的具體演化，相應(yīng)的結(jié)果發(fā)表在PhysicaA398(2014)10-24。在以上工作的基礎(chǔ)上，課題組又針對(duì)該種微尺度渦流動(dòng)混合機(jī)理和多工況表現(xiàn)進(jìn)行了系列的分析研究，給出了超/近臨界流體微尺度熱擾動(dòng)混合過(guò)程特性參數(shù)，并指出了該種機(jī)理在超臨界流體萃取、微尺度化工混合攪拌以及微流體熱力學(xué)方面潛在的應(yīng)用，相關(guān)的結(jié)果發(fā)表在Chem.Eng.Sci.97(2013)67-80和J.Nanosci.Nanotech.14(2014)1-8。課題組還申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(“一種基于超臨界流體的微通道混合方法”)，同時(shí)，課題組還進(jìn)一步深入到了微尺度超/近鄰界流體傳熱這一領(lǐng)域，在復(fù)雜變物性流體傳熱過(guò)程和傳熱優(yōu)化、考慮了活塞效應(yīng)(PistonEffect)的傳熱過(guò)程與傳統(tǒng)傳熱過(guò)程的異同、超/近臨界流體微尺度換熱自加速和自膨脹等現(xiàn)象等方面獲得了一系列新的發(fā)現(xiàn)，這一方面初步的結(jié)果和總結(jié)發(fā)表在Appl.Therm.Eng.DOI:10.1016/j.applthermaleng.2013.11.036以及《應(yīng)用數(shù)學(xué)與力學(xué)》雜志(邀請(qǐng)論文，2014年3月第3期，pp.233-246)。課題組近期的研究集中在進(jìn)一步深化超/近臨界流體微尺度流動(dòng)動(dòng)力學(xué)和傳熱機(jī)理方面，系列成果預(yù)期將促進(jìn)超臨界流體物理和熱力過(guò)程產(chǎn)生新的理解，同時(shí)對(duì)微尺度流體理論和創(chuàng)新設(shè)計(jì)也期待有所促進(jìn)。工程熱物理所相變微膠囊粉體傳熱研究取得進(jìn)展。微膠囊化可以將功能物質(zhì)封裝轉(zhuǎn)變成無(wú)數(shù)微小工作單元，可使其具有特殊性質(zhì)和用途，大大擴(kuò)展了各種材料的使用領(lǐng)域和場(chǎng)合。隨著高分子科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，微膠囊的制備方法也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，多種多樣的微膠囊逐漸開(kāi)發(fā)出來(lái)，在藥物控制釋放、生物制品、涂料、阻燃劑、紡織、感光材料以及相變材料等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心科研人員以脲醛樹(shù)脂為殼材，石蠟為芯材，采用原位聚合法制備的相變微膠囊為樣品，采用3ω諧波探測(cè)技術(shù)測(cè)量得到的有效熱導(dǎo)率為依據(jù)，通過(guò)分析樣品的傳熱過(guò)程，建立相應(yīng)的有效熱導(dǎo)率理論模型。2014年以來(lái)中國(guó)科學(xué)院炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在石墨烯柔性散熱體領(lǐng)域先后取得重要進(jìn)展。中科院山西煤炭化學(xué)研究所709組與清華大學(xué)和中科院金屬研究所相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，結(jié)合石墨烯和碳纖維領(lǐng)域的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，成功研制出高導(dǎo)熱石墨烯/炭纖維柔性復(fù)合薄膜。同時(shí)，山西煤化所708組與709組合作，系統(tǒng)研究了氧化石墨烯薄膜在炭化過(guò)程中的導(dǎo)熱性能演變機(jī)制，并獲得高性能熱還原氧化石墨烯薄膜。石墨烯基薄膜可作為柔性面向散熱體材料，滿足LED照明、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星電路、激光武器、手持終端設(shè)備等高功率、高集成度系統(tǒng)的散熱需求。這些研究成果為結(jié)構(gòu)/功能一體化的炭/炭復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全新視角。中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2014-2019年中國(guó)板式換熱器行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研及投資趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》指出：換熱器是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備，熱交換器的噸位約占整個(gè)工藝設(shè)備的20%~30%。換熱器作為工業(yè)生產(chǎn)裝置中的重要節(jié)能設(shè)備，在工業(yè)領(lǐng)域特別是在石油、化工、電力冶金等耗能大的行業(yè)中大量應(yīng)用。在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30%，在煉油廠中占全部工藝設(shè)備的40%左右，海水淡化工藝裝置幾乎全是由換熱器組成的。另一方面，換熱器本身也是工業(yè)耗能、耗水大戶。換熱器設(shè)備耗能量占工業(yè)用能的13%~15%。我國(guó)工業(yè)冷卻用水量占工業(yè)用水總量的80%左右，取水量占工業(yè)取水總量30%~40%?；鹆Πl(fā)電、鋼鐵、石油、石化、化工、造紙、紡織、有色金屬、食品與發(fā)酵等八個(gè)行業(yè)取水量約占全國(guó)工業(yè)總?cè)∷康?0%。因此，發(fā)展高效節(jié)能的換熱技術(shù)與設(shè)備對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)水、節(jié)能具有重要意義。目前中國(guó)換熱器市場(chǎng)主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。石油、化工行業(yè)是換熱器最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，約占換熱器30%的市場(chǎng)份額。石油、化工生產(chǎn)中幾乎所有的工藝過(guò)程都有加熱、冷卻或冷凝過(guò)程，都需要用到換熱器。電力和冶金兩大行業(yè)所需的換熱器約占換熱器市場(chǎng)16%的份額。由于城市集中供熱中心二次熱交換器、制冷空調(diào)蒸發(fā)器冷凝器的大量應(yīng)用，集中供暖和制冷空調(diào)行業(yè)約占換熱器行業(yè)8%的市場(chǎng)份額。船舶行業(yè)應(yīng)用大量的中央冷卻器等換熱設(shè)備，約占換熱器行業(yè)8%的市場(chǎng)份額；機(jī)械行業(yè)在汽車(chē)、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用大量的機(jī)油冷卻器、中冷器等換熱器，約占換熱器行業(yè)8%的市場(chǎng)份額。此外，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，換熱器用量也較大。換熱器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)階段強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)成本、運(yùn)行成本、環(huán)境消耗成本等綜合成本與冷卻效果的優(yōu)化匹配。世界換熱器產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)品與技術(shù)方面的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)為產(chǎn)品大型化、高效化、節(jié)能化。此外，換熱器新材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用、產(chǎn)品技術(shù)的更新?lián)Q代、不同應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的細(xì)分化也都是行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。最近，據(jù)美國(guó)“華盛頓自由燈塔”網(wǎng)站12月4日?qǐng)?bào)道稱，中國(guó)進(jìn)行了新型高超音速導(dǎo)彈（高超音速飛行器的一種）的第三次試射。高超音速飛行器是指飛行速度超過(guò)5倍音速的飛機(jī)、導(dǎo)彈、炮彈之類(lèi)的有翼或無(wú)翼飛行器,具有較高的突防成功率和偵查效能,能大大擴(kuò)展戰(zhàn)場(chǎng)空間。對(duì)于該項(xiàng)研究，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研制尤為重要，而傳熱學(xué)與其研制有著極其重要的關(guān)系。其一，由于高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)極高的熱負(fù)荷，因此需要耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料，同時(shí)需要燃料在工作過(guò)程中完成許多部件的冷卻任務(wù)。其二，保持超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定燃燒工作難度也很大。由于空氣和燃料的混合和燃燒時(shí)間非常短燃燒控制像騎自行車(chē)來(lái)遙控從身邊極速駛過(guò)的高鐵一樣困難。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作窗口極其狹窄，錯(cuò)過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)，就不能夠維持工作。隨著燃燒的持續(xù)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，起燃燒環(huán)境也隨之變化，不及時(shí)補(bǔ)償?shù)脑捯矔?huì)破壞燃燒條件，使持續(xù)燃燒失敗。這些都需要利用傳熱學(xué)的知識(shí)進(jìn)行研究。蔣勁，張若凌[2]進(jìn)行了再生冷卻超燃