🌡️ 本科生核心专业课 · 互动版

理解能量为何流动、如何流动

传热学研究的不是"有没有温差",而是能量因温差而传递的速率。从芯片散热到地球气候,从烧水到火箭隔热——本教材用可视化仿真、类比思维和即时自测,带你把抽象的热流变成可触摸的直觉。

8
核心章节(已上线)
12+
可交互仿真
3
大传热机制
有待你探索的问题
为什么值得学

传热,无处不在的隐形工程

热传递速率决定了设备能否活着、工艺能否稳定、能源能否高效。它既是基础科学,也是工程性命攸关的约束。

💡

能源与效率

发电厂、换热器、余热回收——热效率的上限由传热决定。一度电的节省,往往始于一块更好的翅片。

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电子散热

手机、CPU、电池的热管理是现代硬件的命脉。热流密度每翻一倍,设计难度指数级上升。

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气候与环境

大气与海洋的热对流塑造天气,温室效应本质是长波辐射收支失衡。读懂地球需要先读懂传热。

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日常生活

为什么金属勺烫手而木勺不烫?为什么羽绒服保暖?传热学解释你每天触碰的每一个温度。

课程地图

一条从直觉到工程的清晰路径

我们遵循"先建立速率观,再分机制深入"的脉络。每一章都配有可交互演示与自测题。

1

绪论:什么是传热学

温差是驱动力;三种机制(导热 / 对流 / 辐射)只是"阻力怎么算"不同。建立统一的 Q̇ = ΔT / R 速率观。

2

导热基础与热阻

傅里叶定律、导热系数、一维热阻网络——把电路直觉迁移到热路。

3

稳态导热

复合壁、圆柱/球坐标、临界绝热厚度、翅片效率。

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非稳态导热

集总参数法(Bi<0.1)、时间常数、Heisler 图与半无限大固体。

5

对流概论

牛顿冷却定律、速度/热边界层、Re 与 Pr 的角色、三传类比。

6

对流换热关联式

管内/外掠、自然对流、强制对流的无量纲关联(Nu–Re–Pr)。

7

热辐射

黑体谱分布、Stefan–Boltzmann 定律、视角因子网络。

8

换热器

LMTD 法与 ε–NTU 法、并流/逆流设计选型。

核心心智模型

三种机制,一个公式

无论哪种机制,热流速率都写成 Q̇ = 驱动力 / 阻力。区别只在阻力如何计算。

🔗

导热 Conduction

靠分子/电子碰撞在静止介质内传能。阻力 R = L/(kA),由傅里叶定律描述。

q̇ = −k ∂T/∂y
Fourier 定律(一维)
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对流 Convection

流体流动带走热量。阻力由换热系数 h 决定,需靠无量纲关联式求 Nu。

Q̇ = h A (Ts − T)
牛顿冷却定律
☀️

辐射 Radiation

靠电磁波,无需介质,且正比于绝对温度四次方。视角因子决定几何耦合。

Q̇ = εσA(T14 − T24)
Stefan–Boltzmann
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深层彩蛋:三传类比

动量、能量、质量的分子输运方程高度同构——牛顿黏性、傅里叶导热、菲克扩散只是同一张"通量 = −物性 × 梯度"蓝图的三张复印件。学懂一个,三个都通。本教材在适当处会点亮这条类比线索。

多媒体资源

课程导览动画

一段 12 页互动幻灯片,用生活与工程案例串起"温差 → 速率 → 三机制 → 热阻网络 → 应用"的主线。点开即看,也可全屏。

🎬从温差到工程热流 · 12 页互动幻灯片 全屏打开 ↗
更多专题动画(导热、热阻分析、沸腾与凝结)见 资源中心 · 动画库
互动实验室

亲手"拨动"温度,看见热流

拖动滑块改变材料、温差、几何,实时看到温度分布与热流速率的变化。学习传热学最好的方式,是让它动起来。

🧪 打开实验室
📊

实验室预览

包含:导热温度场、集总冷却动画、翅片效率、两表面辐射、对流工况浏览器。

已上线

第 1–8 章正文、公式推导、自测题与互动实验室。可直接用于教学。

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建设中

第 9 章相变传热(沸腾/冷凝)、第 10 章应用与前沿,已预留结构,待补充例题与视频。

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待征集

习题集、讲义 PDF、实验指导、拓展阅读链接。欢迎把素材交给我们接入。