傳熱學在高新技術領域中的應用

張睿捷　秦慶森　張宇威　馮勇杰　程素敏

摘 要：熱能量在環境中傳遞的現象是無處不在的。它的技術重要性和其影響幾乎可以遍及我國現代所有的傳統工業部門，甚至也可以滲透到我國現代農業、林業等許多領域的應用。本文主要介紹了在我國現代航空航天、生物醫學工程、新一代能源以及現代農業工程等諸多領域的應用。傳熱的高新技術已經應用到了工業系統中。傳熱可以準確地說除了極個別的應用外，很難準確地發現一個行業、部門或者整個工業的過程和傳熱完全沒有任何關系。不僅像現在我國的能源動力、冶金、化工、交通、建筑、機械、醫藥食品、輕工、紡織等都要廣泛的應用到許多工業傳熱學的理論以及有關基礎技術和專業知識，而且現在的航空航天、核能、微電子、材料、生物醫學工程、環境工程、新能源等很多的工業分支應用高新技術的領域也都應用到了最新的應用傳熱技術和研究成果，并且逐漸發展出了一些像相變與多相流高溫傳熱、（超）與多相流低溫傳熱、微尺度與高溫傳熱、生物化學傳熱等許多互相交叉的工業分支應用傳熱技術學科。

關鍵詞：傳熱學;高新技術;應用

1 前言

傳熱學實際上是專門研究人和物體溫度的差異效應引起的人和物體熱量溫度傳遞運動規律和過程的一門應用科學和技術。早在遙遠的新石器時代，人們就已經基本掌握和學會了如何在干燥的空氣中進行燒火和取暖。隨著工業革命的到來，蒸汽機、內燃機等熱動力機械相繼的發明和出現，傳熱技術的應用和研究更是在現代工業中也得到了飛速的發展。現代工業中的傳熱學實際上也就是專門用于研究各種物體的結構及其熱量溫度和其傳遞方式及其運動速度變化規律的一門學科。隨著我國傳熱學的理論體系日趨完善，工業傳熱研究領域是工程技術研究應用領域的一門重要學科。傳熱的基本工作原理主要分為熱傳導、熱對流和熱輻射三種。

2 在航空航天領域的應用

人類在宇宙空間取得的巨大創新技術成果，是對當今世界上各種應用領域高技術、新一代材料的應用和研究最集中的科學技術成果的體現。其中傳熱學所能夠起的重要作用功不可沒。據目前我們對美國航行器工業技術監督管理局（nasa）所作的熱防護大氣系統技術的研究和報告的分析，美國民用和航天飛機的熱防護大氣系統技術發展的關鍵是大推力的液氫一液氧火箭噴氣發動機，而另一個民用航天飛機熱防護技術的發展關鍵是一個所謂”熱防護系統”（tps），即它就是一個發動機安裝在民用航天飛機外表面的一個防熱瓦斯的結構系統為主的整個熱防護大氣系統結構。它被廣泛地視為美國航天飛機熱防護成敗的技術關鍵。之所以把熱防護系統的作用提到如此重要的技術地位，是由于目前美國的航天飛機極端復雜的環境以及傳熱學要求該飛機的防熱系統必須完全能夠重復使用造成的。為了有效地保證跑道上飛行時我們能夠保證我們飛行安全內部的所有因素包括飛行人員、設備和所有飛行環境都能夠安全不受任何的傷害和干擾，必須及時地研究采取特殊有效的熱防護處理技術措施。為此先后成功地推出了較早研制成功并正式開始生產并投入使用的第一代超級氧化硅低溫超級陶瓷玻璃防熱瓦（lrsi）li一900，第二代氧化硅高溫超級氧化硅陶瓷玻璃防熱瓦（hrsi）li一2200以及較晚研制成功的由超級氧化硅高溫陶瓷玻璃纖維和超級氧化鋁高溫陶瓷玻璃纖維等多種陶瓷復合材料玻璃纖維組成的第三代超級氧化硅高溫超級陶瓷瓦。htp是這一超級陶瓷玻璃防熱瓦系統的主要制造技術和生產核心。

3 在生物醫學工程領域

我國生物領域的傳熱學是近年才開始逐步發展起來的，.雖然遠還沒有達到完善的臨床科學，但卻顯示出強大的研究和科學應用技術的生命力和應用科學成果以及技術的應用發展前景.它在醫學上是由分子生物學、臨床醫學和生物傳熱學多個學科和領域交叉發展形成的一門新學科，其研究目的和意義就在于通過把生物傳熱學的各種基本原理和先進的臨床醫學技術研究應用到了研究分子生物和臨床醫學中，探討各種化學物質和組織在人體中的各種化學反應以及能量在一個特定生物體內的傳輸和運動的規律。其中比如治療人體器官、組織及其皮膚細胞癌變的熱診斷及手術治療激光和冷凍超低溫的皮膚外科手術。目前我們需要研究各種新型的生物化學器官傳熱的困難之處主要是在于我們需要深入研究各種新型生物化學應用的器官，它們一般是各向異性體，又是多相體、多孔體，同時還存在因環境和其他生物新陳代謝變化過程產生的內部傳熱源。生物體內的主要熱源具有很多巨大的毛細血管，要確定因血液快速灌流導致的各種熱量產生和傳遞方式是非常困難的。而且幾乎傳動動物生所有的動物、甚至一些野生植物都必須具備能夠通過中樞神經系統網絡來進行感知和控制調節自身環境溫度的生理能力，這是一套極復雜的人體溫度的傳感和控制的體系。

4 在新能源領域

隨著我國航天技術發展水平的不斷進步，低溫超導換熱系統的技術和其他領域的超導技術變得日益重要起來。在新一代航天器的開發設計和制造以及未來的航天器在地面的模擬和太空監控探測裝置等新一代超導技術的研究和開發應用方面，均有可能因為需要大量的研究和應用而涉及到超導換熱技術的低溫超導換熱系統的技術和其他各種技術以及相應的超導技術裝備。同時考慮到未來超導高效換熱技術的前景和未來氫氣電池作為清潔可再生能源已經成為航天車輛的主要燃料，低溫換熱技術的發展和應用覆蓋范圍將更加廣闊。僅就目前我國航天超導技術發展關鍵階段的主要超導低溫換熱技術的研究和應用一航天火箭車輛制造方面而言，對于低溫換熱的材料和其他超導技術水平的要求已經相當高。此外，從航天火箭地面軍車制造到大型的航空軍艦、飛機、衛星都已經離不開各種類型的高效換熱的系統和設備。

參考文獻

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