HEAT TRANSFER · 01热量，究竟
热量，究竟
怎样流动？
传热学研究由温差驱动的能量传递速率。我们用同一套“驱动力 ÷ 阻力”视角，理解导热、对流与辐射。
Q̇ = ΔT / Rth
传热学 · Heat Transfer从温差、热流到工程设计
01 / 12 · 导论
02 · 两门学科的分工
“能不能”与“有多快”
工程热力学
关注初态、终态与能量守恒。
ΔE = Q − W
传热学
关注时间、路径与传递速率。
Q̇ = dQ / dt
设计保温层、散热器或换热器时，“速度”决定尺寸、安全与成本。
03 · 工程应用每个温差背后，
每个温差背后，
都有一条热流路径
能源动力
锅炉、汽轮机、核反应堆
石油化工
管道保温、换热网络、炼化
微电子
芯片、数据中心、电池热管理
04 · 石油与热能工程管道保温：
管道保温：
把热量留在管内
多层结构的每一层都贡献热阻。圆筒壁不能直接照搬平壁公式。
Rcond,cyl = ln(r₂/r₁) / (2πkL)
设计目标：降低沿程散热，同时校核外表面温度、结露与保温经济厚度。
05 · 微电子与数据中心散热的本质：
散热的本质：
缩短并拓宽热流路径
Tj = Tamb + Q̇(Rjc+Rcs+Rsa)
导热
芯片 → 封装 → 散热器
对流
散热器 → 空气或冷却液
控制
流量随负荷动态调节
06 · 新能源把阳光变成
把阳光变成
可调度的高温热源
定日镜聚光 → 接收器吸热 → 高温介质储热 → 蒸汽循环发电。
Q̇solar ≈ α · G · A
工程关键不是“有阳光”，而是吸收效率、热损失与储热温差。
07 · CONDUCTION热传导：
热传导：
分子尺度的能量接力
q″ = −k dT/dx
k 大
金属导热快，适合均温和散热。
k 小
保温材料抑制热流。
负号
热流与温度升高方向相反。
一维稳态、k 为常数且无内热源时：T(x) 为直线。
08 · CONVECTION热对流：
热对流：
边界层决定换热强弱
Q̇ = hA(Ts − T∞)
h 是系统响应，不是材料常数。选关联式前先确认几何、Re、Pr 与适用范围。
09 · RADIATION热辐射：
热辐射：
跨越真空的能量传递
Q̇ = εσA(Ts4 − Tsur4)
ε 发射率
描述真实表面相对黑体的辐射能力。
σ 常数
5.67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴)
绝对温度
四次方计算必须使用 K。
10 · 机制识别不是三选一，
不是三选一，
而是逐段寻找主导机制
导热
固体或静止流体内部
对流
壁面与运动流体之间
辐射
表面之间的电磁能交换
高温时辐射常不可忽略；有流体时也不等于只有对流。
11 · THERMAL RESISTANCE把复杂传热，
把复杂传热，
画成可计算的网络
Rtotal = Rconv,1 + ΣRcond + Rconv,2
串联：热流相同；并联：温差相同。接触热阻也应作为独立元件。
12 · SUMMARY一条可信的
一条可信的
热流路径
- 画系统、标温度、定热流正方向
- 逐段识别导热 / 对流 / 辐射
- 写热阻或速率方程，联立能量守恒
- 核对单位、方向、数量级与物理极限
温差 → 机制 → 热阻 → 热流 → 校核
图片来源与许可
数据中心冷却：Raysonho，CC0。
Ivanpah 太阳能塔：Garth Weals，CC BY-SA 4.0。
预制保温管道：Björn Appel，CC BY-SA 2.5 / GFDL。
照片为适应版式进行了裁切显示，原文件保存在本项目 assets 文件夹。
真正掌握传热：能解释热从哪里来、经过哪里、为什么快或慢。