传热学在机械工程中的应用
传热学在机械工程中的应用
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1
问题的图像表示如图 1。
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图 1.
由于铸件是竖直放置的，自然对流热准则方程式如下：
Harbin Institute of Technology
传热学课程报告
报告名称：传热学在机械工程中的应用 班 作 学 时 级： 者： 号： 间： 裘俊 1208105 班 付帅磊 1120810523 赵军明 2015.4.10
指导老师：
哈尔滨工业大学
一、传热学简介
传热学是研究在温差作用下热量传递过程和传递速率的科学， 大约在上世纪 30 年代，传热学形成一门独立的学科。传热学研究不同温度的物体或同一物体 的不同部分之间的热量传递规律，不仅是研究自然现象，而且广泛应用于工程技 术领域。 例如，锅炉和换热设备的设计以及为强化传热和节能而改进锅炉及其他 换热设备的结构； 化学工业生产中， 为维持工艺流程温度， 要求研究特定的加热、 冷却以及余热的回收技术； 电子工业中解决集成电路或电子仪表的散热方法；机 交通运输业在冻土地带修建铁路、公路；核能、航天等尖端技术中也都存在大量 传热问题需要解决；太阳能、地热能、工业余热利用及其他可再生能源工程中高 效能换热器的开发和利用。 因此，传热学已是现代科学技术的主要技术基础科学 之一。传热学的成果对各部门技术进步起了很大的促进作用。 在机械工程中，传热学得到极为广泛的应用。械制造工业测算和控制冷加工 或热加工中工件的温度场； 浇铸和冷冻技术中研究相变导热；切削加工中的接触 热阻和喷射冷却；动力和化工机械中超临界区换热，小温差换热；两相流换热， 复杂几何形状物体的换热等。
机械工程专业的主要课程
机械工程专业的主要课程包括以下几类：
学科基础课程：如高等数学、线性代数、大学物理、数值方法、理论力学、材料力学、流体力学、热力学、传热学等。
专业基础课程：如现代工程制图、机械原理、机械设计、机械制造技术基础、机械精度设计、电工电子、控制工程基础、工程材料及成型技术基础、单片机原理及应用、项目管理、质量管理、工程经济等。
专业课程：如电机拖动、液压传动与气动、数控编程及应用、PLC原理及应用、自动机与自动线、机器人运动学与动力学、机器人编程及应用、机器视觉与传感、激光加工技术等。
实践课程：如机械工程基础实验、机械工程训练、课程设计、企业实习等。
此外，机械工程专业还可能涉及一些其他课程，如经营与管理、计算机应用技术等。
这些课程旨在为学生提供全面的知识和技能，使他们能够胜任机械工程领域的工作。
需要注意的是，不同学校或不同国家的机械工程专业课程设置可能有所不同，但总体来说，这些课程都是为了培养学生的机械工程知识和技能，使他们能够胜任相关领域的工作。
热工学在机械工程专业中的设置问题
学 过热 工课 的学 生 情 况 就大 不 一样 他 们 对专 业 课 或专 业 基 础 课 的 相关 内容 有 较 强 的 适 当 性 从 事专 业工 作 或进 一 步深 造 则 显示 出较 强 的 实 力
。
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在 研 究一些 西 方发 达 国 家 的大 学 工科 教学 体 系时 将 不难 发现 热 工课 一 直是 工 程类 专 业 不 可 缺 少 的技 术 基 础 课 仅 查 阅 美 国 几 个著 名 大学 ( 如 h
南京理 工 大 学 学 投 ( 哲 学社会科 学版 》 第 立 l 查
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热 工 学 在 机 械 工 程 专 业 中 的 设 置 问 题
吕兆华
目 前 在 我 国 高校 中 开设 的 热 工学
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(亦称 热工 基 础
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热 工原 理 或 工 程 热力 学 和 传
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热学
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因 为它 们 各 白 的 体 系 和 内容重 点 是不 一 样 的 而且 那 些 专 业 课 或 专 业 基 础 课
工程热力学与传热学在机械领域中的运用
工程热力学与传热学在机械领域中的运用精选文档TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-《工程热力学与传热学》在机械领域中的运用（华南农业大学，工程学院，广州 510642）摘要：自18世纪30年代发明近代动力机械以来，人类的生产力出现了质的飞跃，生产水平跨上了一个个新的台阶。
随后的蒸汽轮机、内燃机乃至燃气轮机的陆续应用则更使能源的转换和利用技术达到了前所未有的崭新阶段。
这个进程至今仍在继续当中。
传热学科的建立与发展、不断完善和提高是与上述过程相伴而行的。
热传递现象更是无时无处不在，它的影响几乎遍及所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。
航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域都在不同程度上应用传热研究的最新成果。
关键词：热传递传热学机械领域发展趋势The application of engineering thermodynamics and heat transferin mechanical fieldQian Jianping(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou510642, China)Abstract: Since the 1730 s, since the invention of the modern machinery, the productivity of human appeared a qualitative leap, the production level up a new step. Then steam turbines, internal combustion enginesand gas turbine application in succession, more make the conversion and utilization of energy technology has reached the unprecedented new stage. The process is still continuing. The establishment and development ofheat transfer science, and constantly improve and improve and is accompanied by the process. Heat transfer phenomenon is everywhere atall times, and its influence in almost all industrial sectors, also infiltrated in agriculture, forestry and many other technical department. the latest research results of application of heat transfer in different degree was use in Aerospace, nuclear energy, microelectronics, materials, biomedical engineering, environmental engineering, new energy and agricultural engineering, and many other high-tech fields.Key words: heat transfer heat transmission science Mechanical field development tendency热传递现象无时无处不在，它的影响几乎遍及现代所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。
流体力学与传热学在机械工程中的应用
流体力学与传热学在机械工程中的应用机械工程是一门综合性的工程学科，涉及到机械设计、制造、运动学、材料科学等多个领域。
在机械工程中，流体力学与传热学是两个重要的学科，它们在机械系统的设计、运行和优化中发挥着关键作用。
一、流体力学在机械工程中的应用流体力学是研究流体运动规律的学科，它在机械工程中有着广泛的应用。
首先，流体力学可以用于设计和优化液压系统。
液压系统是机械工程中常用的能量传递和控制系统，它通过液体的流动来实现力的传递和运动的控制。
流体力学可以帮助工程师确定液压系统中的管道尺寸、阀门开度和泵的选型等参数，以确保系统的工作效率和可靠性。
其次，流体力学也可以应用于气动系统的设计和分析。
气动系统是指利用气体流动来实现能量传递和运动控制的系统，例如飞机的机翼和推进系统。
通过流体力学的研究，工程师可以确定气动系统的气流分布、气动力和飞行性能等参数，从而优化系统的设计和性能。
另外，流体力学还可以用于研究流体力学现象，如湍流、流体振荡和流体力学不稳定性等。
这些现象在机械系统中可能会引起噪声、振动和能量损失等问题，通过流体力学的分析和模拟，工程师可以找到相应的解决方案，提高机械系统的性能和可靠性。
二、传热学在机械工程中的应用传热学是研究热量传递规律的学科，它在机械工程中也有着重要的应用。
首先，传热学可以用于热交换器的设计和分析。
热交换器是一种用于传递热量的设备，常用于汽车发动机、空调系统和工业生产中的热能回收。
通过传热学的研究，工程师可以确定热交换器的传热效率、温度分布和压降等参数，从而优化设备的设计和性能。
其次，传热学还可以应用于热力机械系统的分析和优化。
热力机械系统是指利用热能转换为机械能的系统，例如蒸汽轮机和内燃机。
通过传热学的研究，工程师可以确定燃烧室、热交换器和排气系统等部件的传热性能，从而提高系统的热效率和能量利用率。
另外，传热学还可以用于研究热传导、对流和辐射等传热方式的特性和机制。
这些研究成果可以应用于材料的热处理、热障涂层的设计和太阳能利用等领域，从而促进机械工程的发展和创新。
热力学与传热学的发展趋势和应用
热力学与传热学的发展趋势和应用热力学和传热学是物理学的两个重要分支，它们分别研究热现象和热能的传递。
随着科技的发展，热力学和传热学的应用领域不断扩展，其发展也日趋成熟，本篇文章将从以下几个方面介绍热力学与传热学的发展趋势和应用。
一、热力学的发展趋势热力学是研究物质热现象和热能转换的学科，其发展历史可追溯到17世纪。
19世纪末，热力学的基本原理已经比较完备，此后，随着科技的发展和工程应用的需要，热力学的应用范围不断扩展。
现代热力学的发展重点是应用计算机和数值方法研究复杂系统的热力学特性及其优化。
近年来，热力学发展的研究重点主要集中在以下几个方向：1、纳米材料和热输运纳米技术的发展使得纳米材料的热输运特性成为关注的研究领域。
纳米材料的热传导特性与其微观结构和热力学特性密切相关，这一领域需要从热力学角度来探究纳米材料的热输运行为。
2、生物热力学生物热力学是研究生命体系中热能转换与产生的学科，可以帮助研究生物体内外的能量转换。
热力学在生物物理学中的应用可以促进医学和生物技术的发展。
3、能量转化与可持续能源热力学在重视可持续发展、环境保护的现代社会中显得越发重要。
在能源转化和利用领域，热力学可以发挥关键作用，以促进可持续能源的研发和应用。
二、传热学的发展趋势传热学是研究热能传递规律和传热现象的学科，其应用广泛，随着科技进步和工程应用的需要，传热学的发展也在不断深入。
传热学的研究重点主要集中在以下几个方向：1、新型传热器件的研制高效传热器件的研制是促进传热技术发展的重要方法之一。
目前，传热器件的研发主要集中在制备高热传导性材料和新型微纳米传热器件上。
2、传热规律的研究传热规律的研究是传热学发展的重要途径之一。
通过对传热规律的探索，可以为传热设备的优化设计和传热过程的控制提供参考。
3、传热问题的数值模拟传热学数值模拟是目前传热研究的一个重要手段。
数值模拟可以模拟不同情况下的传热过程，从而为传热设备的设计和传热问题的解决提供基础。
热力学知识：热力学在机械设计中的应用
热力学知识：热力学在机械设计中的应用热力学是研究热效应的科学，它在机械设计中有着非常广泛的应用。
在机械设计中，热力学的应用主要体现在热工程和动力机械领域。
热力学不仅可以用来分析和设计热动力系统，还可以用来优化机械设计，提高机械系统的效率和性能。
本文将从热力学在机械设计中的应用、热力学在机械设计中的优化以及热力学在机械设计中的发展趋势等方面进行探讨。
一、热力学在机械设计中的应用1.热力学在热工程中的应用热力学在热工程中的应用非常广泛，热力学可以用来分析和设计多种热动力系统，比如蒸汽轮机、内燃机、制冷系统等。
在这些系统中，热力学可以用来分析能量转化和传递过程，优化系统的工作效率和能量利用率。
在蒸汽轮机中，热力学可以用来分析蒸汽的压力、温度和焓值等参数，通过分析蒸汽的热力学循环过程，可以确定蒸汽轮机的工作性能，提高蒸汽轮机的工作效率。
在内燃机中，热力学可以用来分析燃气的循环过程和燃烧过程，优化燃气发动机的工作性能，提高燃气发动机的能量利用率。
在制冷系统中，热力学可以用来分析制冷剂的循环过程，提高制冷系统的能效比，实现节能环保的制冷效果。
2.热力学在动力机械中的应用热力学在动力机械中的应用也非常重要，热力学可以用来分析和设计多种动力机械，比如涡轮机、压缩机、泵等。
在这些机械中，热力学可以用来分析流体的压力、温度和速度等参数，优化机械的结构和性能。
在涡轮机中，热力学可以用来分析气体的膨胀过程和叶轮的叶片形状，提高涡轮机的工作效率和输出功率。
在压缩机中，热力学可以用来分析气体的压缩过程和机械的结构，提高压缩机的工作效率和稳定性。
在泵中，热力学可以用来分析流体的输送过程和泵的结构，提高泵的输送效率和可靠性。
二、热力学在机械设计中的优化热力学在机械设计中的优化主要体现在节能环保和高效稳定两个方面。
在机械设计中，热力学可以用来优化机械系统的结构和性能，减少能量损失和环境污染，提高机械系统的工作效率和可靠性。
1.节能环保热力学可以用来分析机械系统的能量转化和传递过程，根据能量守恒和热力学循环原理，优化机械系统的能量利用率和排放效果。
传热学B-机械专业-第二章(3)
将边界处的散热考虑为负的内热源，肋片的传热问题变为带有内热 源的一维稳态导热问题
d t 2 0 dx
2
《传热学B》
2011
机械工程与材料能源学部
能源与动力学院
2.5 肋片
（4）等截面直肋的传热
d t 2 0 dx
2
d t 0 2 dx
2
将内热源 的表达式 代入
2011
机械工程与材料能源学部
能源与动力学院
2.5 肋片
（4）等截面直肋传热的几点考虑
辐射换热？
在计算等截面直肋时采用的换热系数综合考虑了对流换热和辐射换
热的影响，折算出表面传热系数。
《传热学B》
2011
机械工程与材料能源学部
能源与动力学院
2.5 肋片
（5）肋效率
为了评价加入肋片后散热的改善情况，引入肋效率：
微元体内热力学 能的增加
导入微元体 内的净热能
xdx
dz
E Ein
微元体内产生 的能量
z
dx
y
《传热学B》
2011
机械工程与材料能源学部
能源与动力学院
2.5 肋片
（4）等截面直肋的传热
t t t t c p [ ] [ ] [ ] x x y y z z
《传热学B》
2011
机械工程与材料能源学部
能源与动力学院
2.5 肋片
（3）等截面直肋的结构
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
肋高H 肋宽l 肋厚δ 截面积Ac 肋基 肋端
y
l
Φs
z
δ 0
H
x
《传热学B》
机械工程中的传热学和传质学
机械工程中的传热学和传质学机械工程是一门涉及多个学科的工程学科，其中传热学和传质学是非常重要的部分。
传热学和传质学是研究热量、质量在流体中传递的学科，它们本质上都是关于流动的问题。
在机械工程中，掌握传热学和传质学的基本理论和实际应用，可以帮助我们进行系统的流体优化设计，提高机械系统的效率。
一、传热学传热学研究的是热量在流体中的传递现象，常见的传热方式有导热、对流热传和辐射传热。
在机械工程中，传热学的应用涉及许多领域，如汽车发动机中的散热问题、空调系统中的制冷问题、核反应堆中的冷却问题等。
1. 导热导热是指热量在固体内部的传递。
固体内部分子的热运动会把热量传导到邻近分子中，从而使固体内部热量传递。
在机械工程中，导热的应用范围广泛，例如发动机缸体和头部冷却塞、汽车排气管材料的选择、材料密度与切削温度的关系等。
2. 对流热传对流热传是指热量通过流体运动传递。
在机械工程中的常见应用有热管、冷却塞、洛伦兹力、湍流热传等。
例如，汽车散热系統中的水泵就是带动循环流体，并将热量传递到散热器中的常见方法。
3. 辐射传热辐射传热是指热量通过热辐射传递——产生热辐射的物体向周围传递能量。
在辐射传热中，其传热速度不受介质粒子的运动情况影响，因此它通常被用于真空中的传热——例如对于被广泛应用于热控制的卫星，便需要考虑机身与其环境的热交换问题的辐射传热。
二、传质学传质学研究的是物质在流体中的传递现象，主要是指质量传递在流体中迁移、分布、扩散等过程。
在机械工程中的传质学应用范围也非常广泛，例如化学反应过程中的催化剂的传质问题和过滤器中的物质传递问题等。
1. 扩散扩散是指物质由浓度高的地方向浓度低的地方自发移动的过程，扩散是由分子的热运动所引起的。
在机械工程中，扩散的应用包括油、气体和其他化学物质在管道中的运输，以及应用于涂料和塑料製造中。
2. 对流传质对流传质是指物质在流体中通过流体运动而被迫传输的现象。
在机械工程中，对流传质十分常见，例如通过向液体中注入小颗粒，均能够实现分布均匀的对流混合。
机械大类专业“传热学”教学改革探讨
Ｄ Ｏ Ｉ 编码 ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ — ０ ０ ７ ９ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ ５ ９
课 程教 材 改革
机械大类专业 “ 传 热学’ ’ 教 学改革探讨
齐晓霓 魏 丽霞
摘要 ： 进行 “ 传 热学” 课堂教学环节改革对提高学生实际应用水平和培养创新 能力具有积极意义。 结合 目 前许 多高校按机 械 大类专 业招生的情况， 指 出了 当 前机械 大类专业中 “ 传热学” 教学中 存在的一些问题 ， 从多方面探讨和提 出了 适合创新型人 才培养的课 堂教学途
热工 基础课 程 是一 门专门研究 探讨 如何提 高功热 转换 效 率、 热能转 换及传 递基 本规律 的工科课 程。在工科 领域 ， 热工
时。 不过 随着我校 开始实行机 械大类 招生后 ， 大部分机 械类专 业都开始了热 工基础 课程 ， 不过学时量不大 。 机械 大类设 置热
基 础课程 占 有举足轻 重的地位 ， 为培养专业化综 合型人 才起到
了重要 作用。在前几 年 ， 高等 院校为了适 应社会 需要 和时代发 展， 许 多院校 提 出了要培养 具有 跨学 科知 识 、 渊博 学 识 、 基础 扎实、 专业技 能过硬 的高级人 才 目标 。 在 这样 的目标指 引下， 众 多高等 院校在 工科 类以机 械大 类进行招 生 ， 【 ｌ 在大类 下面进行 专业细分， 比如清华大学 、 哈尔滨理 工大学 、 西北 工业大学 、 上 海交 通大学 、 东南大学 等国 内知名高校 。 在西方 国家的高等工 程教育 中， 对 热工基础课 程很 重视 ， 基 本都开设了 “ 热力学 ” 与 “ 传热 学 ” 。陶文铨与何 雅玲 教授 为了探 索热工 基础课 程教学 方案 ， 对开设 了热工 基础课 程 的国外二十多所大学进行 了调查 研究 。 『 ２ ’ 笔者从调查结果中发现 ， 材料学 院、 核能 工程系、 化工 学院 以及机械 学院等工科类 院系都开设了热工 基础课程 。 还有 不少 大学 将 “ 传热 传质学 ”和 “ 热 力学”设 置为机 械类 学 院的 重要课程 ， 比如普渡大学 、 麻省理工大学等世界知名大学。 也 有 些大学 将热工基础 课程设 置为工科学院 的公共课 程 ， 比如美 国 依 阿华州立 大学工学院将 “ 传热学 ”、“ 热力学Ｉ ”、“ 热力学Ｉ Ｉ ” 和“ 热流 系统设计 ”这 四门热学 设 置为他们 的公 共课 程。山东 理工大学 （ 以下简称 “ 我校 ”） 机械学院在２ ０ ０ ６ 年时进行了专业 设 置改革 ， 开始实 行机械 大类 招生 ， 但作为热 工基 础的核心课 程——传 热学仅在机械创新实验 班被 设置 为专业基 础课 （ ４ ４ 教 学学 时＋ ４ 实验学 时） ， 而没在机 械大类全部专业 中进行开设 。 笔
传热学基本原理及工程应用
传热学基本原理及工程应用传热学基本原理1三种热传递方式的特点和基本定律1）导热特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分， 中间没有明显的物质迁移。
导热基本定律是由法国物理学家傅里叶于 1822年通过实验经验的提炼、运用数学方法式中：'为导热热流量（W ），单位时间内通过某一给定面积的热量；A 为与热流方向2 垂直的面积（m ）； dT/dx 表示该截面上沿热流方向的温度增量，简称为温度梯度（ K/m ）; '是比例系数，称为导热系数或导热率［W/（m x K ）］，它是物体的热物性参数。
其值的大小 反映了物体导热能力的强弱；公式右边的“ -”号表征热流方向与温度梯度方向相反，2） 热对流 热对流是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。
特 点：只能发生在流体中； 必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。
对流换热是指流体与固体 表面之间的热量传递。
热对流换热的基本定律是英国科学家牛顿（Newton ）于1701年提出的牛顿冷却定律：流体被加热时， =hA （T w -T f ）流体被冷却时，二 hA （T f 讥）式中：'为对流换热热流量（W ）； Tw 和Tf 分别表示壁面温度和流体温度（C 或K ）；2 2 A 为固体壁面对流换热表面积 （m ）； h 为对流换热系数，也称表面传热系数 W /（m «）］。
h 不是物性参数，其值反映了对流换热能力的大小，与换热过程中得许多因素有关。
3） 热辐射热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度） 而使物体向外 发射辐射能的现象。
在热量传递方式上，热辐射与热传导和热对流相比具有许多固有的特点：热辐射无需物体直接接触，可以在无中间介质的真空中传递，并且真空度越高，热辐 演绎得出，也称傅里叶定律: dTdx射传递效果越好。
在传递过程中伴随着能量形式的转换，即发射时将热能转换为辐射能，而被吸收时又将辐射能转换为热能。
机械工程中的制冷与空调技术研究
机械工程中的制冷与空调技术研究导言：机械工程是一门综合性较为强的学科，涵盖了多个领域，而制冷与空调技术则是其中重要的一个分支。
制冷与空调技术的研究与应用在现代社会中发挥了重要作用。
本文将深入探讨机械工程中的制冷与空调技术研究，包括其原理、发展历程以及应用领域。
一、制冷与空调技术的原理制冷与空调技术是基于热力学原理与传热学原理的应用。
通过利用制冷剂的循环往复，将室内的热量转移到室外，从而实现室内温度的调节。
其中，制冷剂的选择和循环系统的设计起着至关重要的作用。
制冷剂可以根据其物理性质分为两大类：气体制冷剂和液体制冷剂。
常见的气体制冷剂有氨气、氯气等，液体制冷剂则包括氟里昂等。
这些制冷剂具有较低的沸点，通过在制冷循环中的压缩与膨胀过程中的相变，使得室内的热量被带到室外，从而实现降温的效果。
二、制冷与空调技术的发展历程制冷与空调技术的起源可以追溯到古代。
早在汉代，人们就开始使用冰块来制冷。
但真正的制冷与空调技术的爆发式发展要追溯到19世纪末20世纪初。
当时，人们开始使用机械制冷机来取代手工制冷方式，这标志着现代制冷与空调技术的诞生。
随着科学技术的进步，制冷与空调技术也取得了巨大的突破。
20世纪40年代，氟里昂制冷剂的应用使得制冷与空调设备的效率得到大幅提升。
20世纪60年代，电子控制技术的出现使得空调设备的自动化程度得到了显著提高。
三、制冷与空调技术的应用领域制冷与空调技术的应用领域非常广泛，几乎涵盖了所有需要控制温度、湿度和空气质量的场所。
以下是几个常见的应用领域：1. 住宅与商业空调制冷与空调技术在住宅与商业空调中扮演着重要角色。
通过合理设计与应用，可以在夏季提供舒适的室内环境，同时在冬季提供恒温的室内环境。
2. 工业制冷许多工业领域需要进行低温制冷，以确保生产设备的正常运行。
例如，在制药、食品加工和化工等行业，制冷技术使得生产过程更加高效、可控。
3. 运输与储存制冷与空调技术在食品运输与储存中发挥着至关重要的作用。
机械原理机械工程中的机械热力学设计实例
机械原理机械工程中的机械热力学设计实例机械热力学是机械工程中一个重要的分支，在机械设计和优化中起到关键作用。
机械工程师需要深入理解机械热力学的原理，并在实际设计中应用这些原理。
本文将以一个机械热力学设计实例为例，讨论机械热力学在机械工程中的应用。
设计实例：汽车发动机冷却系统汽车发动机冷却系统是车辆中至关重要的部分，它通过循环冷却剂来控制发动机的温度，确保其正常运行。
在设计这个冷却系统时，机械热力学原理起到了重要的作用。
首先，我们需要根据发动机的热量产生率和散热需求来确定冷却系统的散热器尺寸。
根据热力学原理，我们知道散热器的散热能力与其表面积成正比，与散热介质的冷却能力成正比。
因此，我们可以通过计算表面积和选择合适的冷却介质来满足散热需求。
其次，冷却系统中的泵需要具备足够的能力来驱动冷却剂流动。
根据热力学原理，我们可以通过计算液体的流体力学功率来确定泵的尺寸和功率需求。
通过合适的泵选择和设计，我们可以确保冷却剂在整个冷却系统中保持足够的流量和压力。
另外，冷却系统中的传热功能也是由热力学原理驱动的。
例如，在发动机和散热器之间，冷却剂通过一系列管道流动，传递发动机产生的热量到散热器的散热片上。
根据传热学原理，我们可以通过计算冷却剂在管道中的相对速度和温度差来确定传热量。
在设计中，我们可以优化管道的尺寸和排列方式，以最大限度地提高传热效率。
此外，安全性也是在机械热力学设计中需要考虑的因素之一。
在汽车发动机冷却系统中，过高的温度和压力可能导致系统故障或损坏。
因此，我们需要通过合适的控制装置，如温度传感器和压力阀，来监测和控制系统的工作状态。
根据热力学原理，我们可以确定温度和压力的临界值，并设置相应的保护机制，以确保系统的安全可靠性。
综上所述，机械热力学在机械工程中的应用非常广泛，并且在机械设计中起到了至关重要的作用。
通过运用热力学原理，我们可以设计出高效、安全、可靠的机械系统。
在汽车发动机冷却系统的设计实例中，机械热力学原理的应用可以确保发动机在正常工作温度范围内运行，并提供足够的散热能力。
工程热力学与传热学课程设计
工程热力学与传热学课程设计课程概述工程热力学与传热学是机械工程专业的一门重要课程。
它主要研究热力学基本原理和热力学系统的性质，以及物质内部的热传递、质量传递和动量传递规律。
通过本门课程的学习，学生能够建立并熟练运用热力学和传热学基础理论来解决实际工程问题。
本课程设计旨在帮助学生加深对热力学和传热学的理解，通过实际案例进行分析和解决问题，提高学生的实际操作能力。
设计内容本课程设计分为两个部分：热力学实验和传热学实验。
热力学实验热力学实验是通过实验装置和仪器，测试和分析热力学基础理论在实际中的应用。
本次实验的目的是测量和分析水在不同温度下的物理性质。
实验装置及仪器实验装置主要包括：恒温水浴、测量热电偶、温度计、电源等。
其中恒温水浴用于控制水的温度，测量热电偶和温度计用于测试不同温度下水的物理性质。
实验步骤和数据处理1.准备恒温水浴，测量恒温水浴的温度，保证水浴温度的稳定。
2.准备好测量热电偶和温度计，并将其插入水中进行温度测量。
3.测量并记录不同温度下水的密度、比热容和导热系数。
4.对实验数据进行处理，绘制出水密度、比热容和导热系数与温度的函数关系图。
传热学实验传热学实验是通过实验装置和仪器，测试和分析传热学基础理论在实际中的应用。
本次实验的目的是测量和分析水在不同情况下的传热特性。
实验装置及仪器实验装置主要包括：恒温水浴、传热仪、温度计、电源等。
其中恒温水浴用于使水达到稳定温度，传热仪用于测试传热系数。
实验步骤和数据处理1.准备恒温水浴，将传热仪放入恒温水浴中。
2.调整水浴温度及传热仪温度，使水和传热仪达到稳定温度。
3.测量并记录不同温度差下的传热系数。
4.对实验数据进行处理，绘制出传热系数与温度差的函数关系图。
结束语本次课程设计通过实验测试的方式，增加了学生对工程热力学与传热学的实际操作能力和深入理解。
希望学生们通过本次实验，加深对热力学基础理论的理解，提高科学实验的操作和数据处理能力，增强对传热学应用的理解和创新能力。
热力学和传热学在工程领域中的应用
热力学和传热学在工程领域中的应用热力学是研究热量、功和热功学的一门基础学科，它涉及到热力学定律、热力学公式、热力学过程等多个方面，具有广泛的应用价值。
而传热学是研究物质内部和周围的热量传递过程，具有重要的理论和实际应用价值。
在工程领域，这两个领域的知识有着广泛的应用。
热力学的应用工程领域中最常用的热力学应用之一是热力学循环。
热力学循环是一种能量转换过程，通常是将热能转换为机械能，或反向操作。
常见的发电厂就是一个例子。
在发电厂中，化石燃料的热值被转化成蒸汽（热能），这蒸汽推动涡轮发动机，最终输出电能（机械能）。
除此之外，热力学还有广泛的应用，如汽车发动机、燃气轮机、航空发动机、化学反应器等等。
热力学定律和热力学过程的应用行之有效，有很多领域都需要用到，如化工、制药、食品、染料、制版等行业。
传热学的应用在工程领域，传热学的应用就更加普遍了。
传热学主要分为三种传热方式：对流传热、辐射传热和传导传热。
对流传热的应用对流传热是指热量通过流体介质或气体输送的过程。
在燃气轮机或化学反应器中，利用对流传热的原理来完成高温气体的冷却和热反应的进行。
另外，在制冷和空调系统中，也采用了对流传热的原理，通过空气的对流来完成冷热交换。
辐射传热的应用辐射传热是指物体通过电磁波辐射而传递热量。
因此，在辐射传热中，热量的传递不需要介质物质的存在。
在工业领域中，太阳能加热器等辐射传热装置的应用越来越普遍。
此外，遁势加热技术和高温干燥技术也广泛应用于辐射传热中。
传导传热的应用传导传热是指热量从一个物体的低温区域逐渐传递到高温区域。
传导传热在制冷和制热系统中是非常经常使用的。
在一些特殊的情况下，通过改变物质的传导特性，可以实现物质的保温、保冷等效果，如冷却剂、保温材料等的应用。
总结热力学和传热学在工程领域中是非常重要的。
工程师们需要熟练掌握这些知识，才能够更有效地解决实际问题。
同时，在未来，热力学和传热学仍将在生命科学、新材料、先进制造等众多领域中发挥重要的应用价值。
论工程热力学和传热学在机制专业的应用以及发展趋势
综述工程热力学和传热学在机制专业应用及发展趋势工程学院10机制4班关德彪30510403 摘要：工程热力学是热力学最先发展一个分支，它关键研究热能和机械能和其它能量之间相互转换规律及其应用，是机械工程关键基础学科之一。
而传热学是研究热量传输规律，研究不一样温度物体或同一物体不一样部分之间热量传输规律学科。
在机件冷、热加工过程中包含有大量复杂热传输过程。
Abstract: Engineering thermodynamics is one of the earliest development branch of thermodynamics, It mainly studies the heat energy and mechanical energy and other energy between the rule of their conversion to each other and their applications, is one of the important basic subject of mechanical engineering. And heat transfer is a subject which studys of heat transfer law, and the heat transfer law between the object with different temperature or different parts of the same one. In parts of the cold and hot working process contains a large number of complex heat transfer process.关键词：工程热力学传热学应用发展1、什么是工程热力学和传热学工程热力学是热力学工程分支，也是热力学最先发展一个分支，它关键研究能量转换，尤其是热能转化成能规律和方法，和提升转化效率路径。
机械工程中的热力学与传热问题研究
机械工程中的热力学与传热问题研究机械工程是应用热力学和传热学的重要领域之一。
热力学和传热学在机械工程中起着关键作用，能够解决许多实际问题。
本文将从热力学和传热学的角度，讨论机械工程中的热力学与传热问题研究。
先来看热力学在机械工程中的应用。
热力学是研究能量转化和能量传递的科学，它在机械工程中有着广泛的应用。
例如，在工业设备和发动机中，我们需要了解能量的转化和传递过程，才能提高能源利用效率和性能。
热力学可以帮助我们优化设计和改进现有系统。
热力学也在机械设计中起着重要作用。
例如，在汽车工程中，我们需要考虑发动机的热效率，以及燃料消耗和排放的问题。
通过应用热力学的原理，我们可以设计出更加高效和环保的汽车引擎。
在其他领域，如航空航天和能源行业，热力学也广泛应用于系统分析和设计中。
接下来，让我们转向传热学在机械工程中的研究。
传热学是研究热传递和热阻的科学，也是机械工程中不可或缺的一部分。
机械系统中会产生大量的热，需要通过传热来控制温度和维持系统的稳定。
传热学的研究包括传热方式的分析和热传递的计算。
在机械工程中，我们会遇到传导、对流和辐射三种传热方式。
例如，在散热器和换热器中，我们需要考虑对流和传导的热传递，以实现散热和加热的目的。
而在太阳能和照明工程中，我们则需要研究辐射传热的特性和效果。
除了以上内容，机械工程中的热力学与传热问题研究还涉及热力学循环、热力学性能评估和热力学优化等方面。
热力学循环是指利用热力学原理，通过能量转化和传递来实现特定动力系统的循环过程。
例如，蒸汽循环和制冷循环就是常见的热力学循环。
热力学性能评估是评估热力学系统性能的过程，可以帮助我们优化系统设计和运行。
例如，在锅炉和发电厂中，我们需要评估热效率和能源损失，以提高系统的工作效率。
热力学性能评估也可以应用于其他工程领域，如化工和材料科学。
最后是热力学优化的研究。
热力学优化是指通过改变系统的结构和参数，以最大化系统性能的过程。
在机械工程中，我们可以通过优化设计和操作来提高能源利用效率和性能。
机械基础热工学与热处理技术
机械基础热工学与热处理技术热工学是机械工程领域中的一门重要学科，它研究热力学和流体力学在机械工程中的应用。
而热处理技术则是机械制造过程中的一项关键技术，它通过改变材料的结构和性能来提高机械零部件的使用寿命和性能。
一、热工学基础热工学是研究热力学、传热学和流体力学等知识在机械工程中的应用的学科。
在机械工程中，热工学的重要性不言而喻。
在机械设备中，能量的转化和传递是通过热力学和传热学来实现的。
热工学的基本原理和理论为机械工程师设计和优化热能转化设备提供了重要依据。
1.1 热力学在机械工程中的应用热力学是研究能量转化与守恒的学科，准确的热力学计算能帮助工程师分析机械设备中的能量转化过程，从而实现能量的高效利用。
例如，在汽车发动机中，热力学原理可以应用于燃烧过程的分析和优化，提高发动机的热效率和动力输出。
1.2 传热学在机械工程中的应用传热学是研究热量传递的学科，它与热工学密切相关。
在机械工程中，传热学的应用非常广泛。
例如，在热交换器中，传热学原理用于设计高效的传热管道和传热表面结构，以实现更快的热传递速度和更高的传热效率。
二、热处理技术热处理技术是机械制造过程中为改善材料性能而采用的一种工艺方法。
通过对材料进行加热、保温和冷却等处理过程，可以改变材料的结构和性能。
常见的热处理技术包括退火、淬火、回火等。
2.1 退火退火是将材料加热至临界温度后，缓慢冷却至室温的一种热处理方法。
退火能够消除材料的组织应力，提高材料的塑性和韧性，同时改善材料的加工性能和机械性能。
2.2 淬火淬火是将材料加热至临界温度并迅速冷却的热处理方法。
淬火能够使材料的组织发生相变，提高材料的硬度和强度。
淬火常用于制造需要高强度和硬度的零部件，如汽车发动机的曲轴。
2.3 回火回火是将淬火后的材料再次加热至较低的温度，然后保温和冷却的热处理方法。
回火可以减轻材料的脆性，提高其韧性和可靠性。
回火常用于对淬火后的材料进行处理，以达到平衡硬度和韧性的要求。
机械工程中的力学分析与建模方法研究
机械工程中的力学分析与建模方法研究在机械工程领域中，力学分析与建模方法是非常重要的研究内容。
力学分析可以帮助工程师理解和预测材料和结构在外力作用下的变形和行为，而建模方法则可以将实际工程问题转化为数学模型，从而进行定量分析和解决问题。
本文将探讨机械工程中力学分析与建模方法的一些研究进展和应用。
一、力学分析方法力学分析方法是机械工程领域中常用的研究手段。
传统的力学分析方法主要包括静力学、动力学和弹性力学。
静力学研究物体在平衡状态下的受力和变形情况，通过求解力的平衡条件和应力-应变关系来分析结构的稳定性；动力学研究物体在运动状态下的受力和变形情况，通过求解牛顿定律和运动学方程来分析结构的动力响应；弹性力学研究材料在小应变条件下的力学行为，通过应力-应变关系和弹性力学方程来分析材料的强度和刚度。
随着科技的不断进步，力学分析方法也得到了很大的发展。
有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种广泛应用的力学分析方法，它将连续结构离散化成有限个子结构，通过求解单元之间的力平衡方程，得到整个结构的应力和变形分布。
有限元分析具有高精度、高效性和灵活性的优点，广泛用于各个领域的材料和结构力学分析。
另外，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）也是一种常用的力学分析方法，它利用数值方法和计算机模拟技术，研究流体在任意的流动和传热条件下的力学行为。
二、建模方法建模方法是将实际工程问题转化为数学模型的过程，通过建立合理的模型来描述和解决问题。
在机械工程中，建模方法广泛应用于结构分析、振动分析、传热分析等领域。
在结构分析中，有限元建模是常用的方法。
它将实际结构离散化成有限个单元，并建立单元之间的相互关系和受力情况。
通过求解单元的位移和应力，得到整个结构的变形和应力分布。
有限元建模方法具有灵活性强、适用范围广的特点，可以针对不同的结构和材料进行模拟分析。
传热学在机械制造方面的应用
传热学在机械制造方面的应用[摘要］：传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。
传热现象在我们的日常生活中司空见惯，早在人类文明之初，人们就学会了烧火取暖。
随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现，传热研究更是得到了飞速的发展被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中。
当今世界，国与国之间的竞争是经济竞争．而伴随着经济的高速发展，也带来了资源、人口与环境等重大国际问题，传热学在促进经薪发展和加强环境保护方面起着举足轻重的作用.现在，机械工程仍不断地向传热学提出大量新的课题.如浇铸和冷冻技术中的相变导热,切削加工中的接触热阻和喷射冷却等。
［关键词]:热传递，传热学，机械领域，发展趋势1 传热学1。
1 传热学概念通常被称为热科学的工程领域包括热力学和传热学［1］.传热学的作用是利用可以预测能量传递速率的一些定律去补充热力学分析，因后者只讨论在平衡状态下的系统。
这些附加的定律是以3种基本的传热方式为基础的，即导热、对流和辐射。
传热学是研究不同温度的物体或同一物体的不同部分之间热量传递规律的学科。
传热不仅是常见的自然现象，而且广泛存在于工程技术领域。
例如，提高锅炉的蒸汽产量，防止燃气轮机燃烧室过热、减小内燃机气缸和曲轴的热应力、确定换热器的传热面积和控制热加工时零件的变形等，都是典型的传热学问[2]。
1。
2 传热学发展传热学作为学科形成于19世纪［2］。
在热对流方面，英国科学家牛顿于1701年在估算烧红铁棒的温度时，提出了被后人称为牛顿冷却定律的数学表达式,不过它并没有揭示出对流换热的机理。
对流换热的真正发展是19世纪末叶以后的事情。
1904年德国物理学家普朗特的边界层理论和1915年努塞尔的因次分析，为从理论和实验上正确理解和定量研究对流换热奠定了基础。
1929年，施密特指出了传质与传热的类同之处。
在热传导方面，法国物理学家毕奥于1804年得出的平壁导热实验结果是导热定律的最早表述。
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传热学课程报告
报告名称：传热学在机械工程中的应用 班 作 学 时 级： 者： 号： 间： 裘俊 1208105 班 付帅磊 1120810523 赵军明 2
一、传热学简介
传热学是研究在温差作用下热量传递过程和传递速率的科学， 大约在上世纪 30 年代，传热学形成一门独立的学科。传热学研究不同温度的物体或同一物体 的不同部分之间的热量传递规律，不仅是研究自然现象，而且广泛应用于工程技 术领域。 例如，锅炉和换热设备的设计以及为强化传热和节能而改进锅炉及其他 换热设备的结构； 化学工业生产中， 为维持工艺流程温度， 要求研究特定的加热、 冷却以及余热的回收技术； 电子工业中解决集成电路或电子仪表的散热方法；机 交通运输业在冻土地带修建铁路、公路；核能、航天等尖端技术中也都存在大量 传热问题需要解决；太阳能、地热能、工业余热利用及其他可再生能源工程中高 效能换热器的开发和利用。 因此，传热学已是现代科学技术的主要技术基础科学 之一。传热学的成果对各部门技术进步起了很大的促进作用。 在机械工程中，传热学得到极为广泛的应用。械制造工业测算和控制冷加工 或热加工中工件的温度场； 浇铸和冷冻技术中研究相变导热；切削加工中的接触 热阻和喷射冷却；动力和化工机械中超临界区换热，小温差换热；两相流换热， 复杂几何形状物体的换热等。
CPU 上加装散热器，并以风扇强制空气对流而增加其传热。
五、参考文献
[1] 廖爱群 , 饶国燃 . 用红外测温技术测量铸件浇铸过程中的表面温度 [J]. 红 外,2012,09:46-48. [2]杜美憬. 高速切削刀具内的传热分析[D].江苏科技大学,2010. [3]张京京 ,冯平法 , 吴志军 , 郁鼎文 . 一种借助有限元传热仿真的刀尖点切削温度 精确测量方法[J]. 工具技术,2010,01:85-88. [4]仲为武. 切削液冷却条件下传热参数对切削热传输的影响 [J]. 制造技术与机 床,2014,10:98-101. [5] 关 凤艳 . 汽车散热器的优化设计及传热性能分析的研究 [J]. 制造业自动 化,2011,14:143-145. [6] 周 建 辉 , 杨 春 信 . CPU 散 热 器 结 构 设 计 与 热 分 析 [J]. 电 子 机 械 工 程,2006,06:16-18+60.
四、机械系统的散热
机械系统中有机械构件和电气元件，需要设计专门的散热器。 如汽车散热器是汽车冷却系统中不可缺少的一个组成部分， 其性能的好坏对 发动机的动力性、 经济性和可靠性有很大影响。带有百叶窗的散热器具有切断散 热带上的气体边界层的发展、减薄边界层厚度、提高散热器性能的作用。目前国 内散热器产品中，开百叶窗的散热带及管状带式散热器产品所占的比例明显上 升，产品结构向紧凑、高效、低耗、轻量化方向发展。 近年来，随着计算机处理器（CPU）逐渐朝着小型化、高功能化和高频化发 展，相对的，其单位面积所散发出的热量（发热密度）越来越高，因此电子散热 的问题也越来越严重。为了避免热量累积导致温度过高而损坏微处理器，通常在
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铸件与空气的自然对流换热系数为 hc
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度降低不多时，可用下式计算铸件与周围环境的辐射换热。
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实验证明，对不同的铸件材料，通过改变铸件的具体特征参数，并将其输入 程序进行模拟计算直至收敛为止， 可以推算出不同材料铸件的凝固温度和凝固时 间。该方法即可节约现场反复试验花费的人力物力，又可以节约时间，因此从可 用于指导铸件浇铸的生产实践。
三、切削过程中传热学应用
金属切削加工是机械制造中极为重要的制造手段。切削过程中，刀具与工件 之间会产生切削热，使刀具和工件升温，带来材料的性能变化，最终影响加工质 量。因此在切削过程中往往会加入切削液冷却。利用传热学的知识，可以研究切 削液在金属切削过程中的作用机理，建立切削液冷却模型，得到传热参数对切削 热传输的影响，在此基础上确定切削液供给的最佳方位。 研究表明， 切削液加入切削区后，能提高切削区热表面与外界的对流换热能 力， 从而降低该区域的温度。 然而， 仅仅将切削液加到欲降温的区域是不合理的。 比如为了减小刀具前刀面的磨损，经常将切削热加入切屑和前刀面的交界处。此 时由于前刀面与外界的传热能力提高，第二变形区切削热传入刀具的比例增大， 这对降低前刀面的温度不利。 如果在将切削液加到前刀面处的同时再加到切屑的 上表面或刀具的后刀面上，前刀面的降温效果就会好些。 在选择切削液的加入方式以起到冷却作用时， 应考虑到切削液的加入对热量 分配系数的影响。 如果将切削液同时加入切削区的不同位置，则会引起热量分配 系数变化不大，而不同切削区边界的散热能力都得以提高，从而在工件、刀具及 切屑三方面均起到降温作用。 在切削过程中需要对温度进行监控， 有热电偶法、 辐射热计法、 PbS 电池法、 锗光电二极管法、红外线干板法、热敏颜料法、热电阻法、量热计法等，都要用 到传热学的知识。
t 2t , 0 x 2 c x 2 0, t t1 , 0 x 2
0, t t 2 ,
1
问题的图像表示如图 1。
t 0, x 0 x
t h(t t f ), x 1 2 x
图 1.
由于铸件是竖直放置的，自然对流热准则方程式如下：
二、浇铸过程中的传热学应用
在机械制造中，铸造是常用的成形方法，而浇铸是铸造中很重要的工序。每 一 种 合 金 都 有 一 定 的 浇 铸 温 度 范 围 ， 例 如 铸 钢 为 1520~1620 ℃ ； 铸 铁 为 1230~1450℃；铝合金为 680~780℃。因此，浇铸过程中需要合理控制铸造温度。 而检测铸件浇铸过程中的表面温度需要用到传热学知识。 利用红外线测温技术并结合导热与对流耦合反问题求解， 可以得到浇铸过程 表面温度红外监测情况反推铸件凝固温度的方法。 以铸造黄铜板为例：铜液瞬间充满型腔；铜液及铸件的初始温度各自均匀； 铜液内无自然对流； 铸型外部两表面与周围环境之间的换热包括自然对流与热辐 射，换热系数分别为 hc 和 hr ，总传热系数 h hc hr ；铜液在固定的凝固点 t a 下 凝固。这样，问题简化为双层平板的一维非稳态导热与对流及辐射的耦合问题。 由于铸件换热是关于中心线对称的，仅对一半区域计算即可。坐标原点选择在铸 件的中心线上，设铸型的厚度为 1 ，铸件的半厚度为 2 ，则问题的数学描述为