雙模理論的基本內(nèi)容

【專家解說】：　　經(jīng)常被稱為熱科學的工程領(lǐng)域包括熱力學和傳熱學.傳熱學的作用是利用可以預(yù)測能量傳遞速率的一些定律去補充熱力學分析，因后裔只討論在平衡狀態(tài)下的系統(tǒng)．這些附加的定律足以3種基本的傳熱方式為基礎(chǔ)的，即導(dǎo)熱、對流和輻射。 傳熱學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)律的學科。傳熱不僅是常見的自然現(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，防止燃氣輪機燃燒室過熱、減小內(nèi)燃機氣缸和曲軸的熱應(yīng)力、確定換熱器的傳熱面積和控制熱加工時零件的變形等，都是典型的傳熱問題。
　　傳熱學作為學科形成于19世紀。在熱對流方面，英國科學家牛頓于1701年在估算燒紅鐵棒的溫度時，提出了被后人稱為牛頓冷卻定律的數(shù)學表達式，不過它并沒有揭示出對流換熱的機理。
　　對流換熱的真正發(fā)展是19世紀末葉以后的事情。1904年德國物理學家普朗特的邊界層理論和1915年努塞爾的因次分析，為從理論和實驗上正確理解和定量研究對流換熱奠定了基礎(chǔ)。1929年，施密特指出了傳質(zhì)與傳熱的類同之處。
　　在熱傳導(dǎo)方面，法國物理學家畢奧于1804年得出的平壁導(dǎo)熱實驗結(jié)果是導(dǎo)熱定律的最早表述。稍后，法國的傅里葉運用數(shù)理方法，更準確地把它表述為后來稱為傅里葉定律的微分形式。
　　熱輻射方面的理論比較復(fù)雜。1860年，基爾霍夫通過人造空腔模擬絕對黑體，論證了在相同溫度下以黑體的輻射率(黑度)為最大，并指出物體的輻射率與同溫度下該物體的吸收率相等，被后人稱為基爾霍夫定律。
　　1878年，斯忒藩由實驗發(fā)現(xiàn)輻射率與絕對溫度四次方成正比的事實，1884年又為玻耳茲曼在理論上所證明，稱為斯忒藩-玻耳茲曼定律，俗稱四次方定律。1900年，普朗克在研究空腔黑體輻射時，得出了普朗克熱輻射定律。這個定律不僅描述了黑體輻射與溫度、頻率的關(guān)系，還論證了維恩提出的黑體能量分布的位移定律。
　　傳熱的基本方式有熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三種。
　　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程，簡稱導(dǎo)熱。
　　熱對流是指不同溫度的流體各部分由相對運動引起的熱量交換。工程上廣泛遇到的對流換熱，是指流體與其接觸的固體壁面之間的換熱過程，它是熱傳導(dǎo)和熱對流綜合作用的結(jié)果。決定換熱強度的主要因素是對流的運動情況。
　　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，熱量可以在沒有中間介質(zhì)的真空中直接傳遞。太陽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溫度的四次方成比例的熱輻射能力，也能吸收周圍環(huán)境對它的輻射熱。輻射和吸收所綜合導(dǎo)致的熱量轉(zhuǎn)移稱為輻射換熱。
　　實際傳熱過程一般都不是單一的傳熱方式，如火焰對爐壁的傳熱，就是輻射、對流和傳導(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，人們在傳熱研究中把三種傳熱方式分解開來，然后再加以綜合。
　　20世紀以前，傳熱學是作為物理熱學的一部分而逐步發(fā)展起來的。20世紀以后，傳熱學作為一門獨立的技術(shù)學科獲得迅速發(fā)展，越來越多地與熱力學、流體力學、燃燒學、電磁學和機械工程學等一些學科相互滲透，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)值計算傳熱等許多重要分支。
　　現(xiàn)在，機械工程仍不斷地向傳熱學提出大量新的課題。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流，動力和化工機械中超臨界區(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。
　　隨著激光等新的實驗技術(shù)的引入和計算機的應(yīng)用，為傳熱學的發(fā)展提供了廣闊前景。