内容发布更新时间 : 2024/5/24 2:49:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

员、设备不受任何干扰,必须采取特殊有效的热防护措施,为此先后研制成功并投入使用的第一代低温陶瓷防热瓦(LRSI)LI—900、第二代高温陶瓷防热瓦(HRSI)LI—2200以及较晚研制成功的由氧化硅纤维和氧化铝纤维组成的第二代陶瓷瓦HTP是这一系统的核心。

(2)红外辐射除了可以用于工业加热和物料干燥之外,红外测试技术还具有不干扰、不破坏原有温度分布的突出优点,因而在资源勘查、农作物估产、环境监测、火灾防护、医疗诊断，甚至刑事案件的侦破和军事侦察、跟踪等许多高技术领域当中扮演着重要的角色。

(3)多孔介质中的传热传质是当今传热学科很活跃的一个前沿领域。所谓多孔介质是以自然形态存在的一类特殊材料,如土壤的闭粒结构,很多建筑材料,如混凝土、砖、砂石等,生物材料,像人和动物的组织、脏器和皮肤等。它们一般是由固体骨架或固体颗粒堆积组成的多相体系,其中的质量、动量和热量的传递规律是揭开很多大自然秘密的关键因素。燃气轮机高温叶片的发散冷却技术,石油热采地热利用中地下热储的热量传递,利用土壤岩层进行蓄热、蓄冷,化工反应器如固定床和催化剂填充床中的传热传质过程,核废料在地下的安全存放,生物体和食品的贮存保鲜技术,城市污水及工业废水的排放、扩散(注入或渗入地下)与控制,农作物的节水灌溉技术,谷物的长期存贮(冷却及干燥)等均属于多孔介质传热传质研究的范畴。人们还发现多孔材料常常是性能优良的强化传热传质媒体和隔热性能良好的热绝缘材料。为此已设计生产出各种“模拟的”人造多孔体材料,用它们制造换热设备以达到强化传热的目的或者制造用于极低温度环境下的超级隔热材料。

二、 在生物医学工程、环境工程领域

(1)生物传热学是近年才发展起来的新兴传热学科分支。虽然远末达到完善的程度却已经显示出强大的生命力和令人鼓舞的应用前景。它是由生物学、临床医学和传热学多个学科领域交叉形成的一门新学科,其目的在于通过把传热学的基本原理和研究方法、手段引入到生物和医学工程领域中,探讨物质和能量在生物体内的传输规律,以便为诸多至今末解开的生物医学难题寻求有效的解决方案。比如人体器官、组织及皮肤癌变的热诊断与高温治疗,激光和超低温外科手术,人体器官移植与冷冻贮存,胚胎的低温保存,烧伤、烫伤和冻 伤的临床治疗及康复等。除此以外,摸清生物传热的基本规律还可以为开发各种热疗和热诊断用的仪器设备奠定必要的理论基础 。研究生物传热的困难在于生物组织本身的结构极其复杂，它们一般既是各向异性体，又是多相体、多孔体，同时还存在因生物代谢产生的内热源。生物体内有很多血管，要确定因血液灌流导致的热量传递是非常困难的。而且几乎所有的动物、甚至一些植物都具备通过中枢神经系统来感知和调节自身温度的能力，这是一套极复杂的温度传感和控制体系。加之生物体内的传热温差通常非常小，生物材料的特性随民族、年龄、性别和身体状况等因素各不相同。

(2)以化石燃料(煤炭、石油和天然气)为主构成的常规能源终将耗尽，而且已经为期不远。以太阳能、地热能、海洋能(包括海洋温差和波浪能)以及效率更高的发电方式，如氢燃料电池、磁流体发电乃至可控核聚变为代表的新能源总要逐步走向前台，成为人类的主要消费能源。这些新型能源的获得、转换和使用都要以传热学的基本

原理为指导。可以预计，这些新型能源技术的逐步完善一定会极大地推动传热学科的进一步发展。比如太阳能热利用就必须妥善地解决低能量密度情况下热能的有效采集和转换，以及因昼夜更替、气候变化带来的贮能问题。再比如地球上蕴藏海洋温差能的海域达到6×107/m2，发电能力达到1012W量级。但是可利用的温差仅15—25℃，要在这样小的温差下充分利用这个巨大的能源，非得有换热效率极高的热交换设备不可。

(3)以计算机芯片为代表的微电子元器件发展迅速，随着芯片体积微型化,线宽迅速下降,芯片表面的热流密度已经超过106w/m2,因此有“热障”之说,这对微型化高效冷却技术提出了极高的要求。近年用于高端服务器和桌面工作站的新型空气冷却装置的冷却能力也已经达到105w/m2。

(4)现代的机械加工工艺已经不限于传统的车、钳、铣、刨像激光钻孔、激光切割这类高热流、超短时间的新型加工手段已经用于石油钻井管等一些有特殊要求的场合,并取得了良好的技术和经济效益。这类特殊加工方式所涉及的热量传递问题己不能再用传统的导热理论来分析,而必须加入对热量传输速度的考虑,这类问题被称为“非博里叶导热”。

(5)环境与发展是当今全世界各国普通关注的两大问题。为了快速发展经济,不合理地甚至掠夺式地开发自然资源,以及在工业化初期对各种污染处理不当或者未加处理就任意排放的现象十分普遍,造成的后果是极其严重的。 环境污染主要由大气污染、水体污染和固体废物污染构成。仅就大气污染而言,主要包括气溶胶状态污染物(指

固态、液态粒子利它们在气体中的悬浮物)、硫化物、氮氧化物、碳氧化物和碳氢化合物。气溶胶按粒径大小又分为总悬浮颗粒物、飘尘、降尘和可吸入粒子,这些都是评价大气质量的主要指标,同时也是对人身健康构成威胁的丰要因素。值得注意的是,这些类型的气溶胶几乎都是在燃烧、雾化、冷凝或凝结、凝聚、蒸发、升华等与传热有密切关系的过程中形成的。硫化物、氮氧化物和碳氧化物则基本上来自化石类燃料的燃烧和矿石的焙饶、冶炼过程。所以,控制并最大限度地减少这些污染物离不开对传热学原理的正确掌握和运用。

(6)中国是水资源严重不足的国家,人均占有量不到世界平均水平的四分之一,干旱地区甚至只有几十分之一。中国正处于经济高速发展时期电【2】力、冶金、化工、建树等部门都是耗电耗水大户,这是一个巨大的矛盾。在严重缺水地区建设空冷电站,在工业企业中改传统的水冷(湿冷)为蒸发冷却和空气冷却(干冷)是从根本上解决水资源短缺问题的重要途径,同时具有明显的环保效益。江河湖海不仅提供用水,同时也是保证人类生存环境,维持生态平衡的重要因素。无节制地排放未经适当处理的工业用水不仅造成水域的化学污染,还将构成局部水域的“热污染”。 三、 在新能源领域

(1)随着航天技术水平的不断进步,低温领域研究的重要性变得日益重要起来。在卫星、火箭燃料、航天飞机【2】及其所携带的红外遥感和电子设备上,在航天器的地面模拟装置等方面,均需要用到低温技术和相应的装备。考虑到未来超导技术的大规模应用前景和氢气作为清洁能源成为车辆的主要燃料,低温技术的应用范围将更加广

阔。仅就目前阶段的主要应用—航天方面而言,对材料和技术水平的要求已经相当高。

(2)军事领域里用到的传热知识更是数不胜数。从历史上看,相当多的传热技术是从军事用途开始发展并逐步走向完善和大规模应用的。例如战斗机燃气涡轮发动机的技术参数一贯代表这一领域的最高水平。20世纪末

军用战斗机发动机的涡轮前燃气温度已经达到

1750K,正在研制的新机型甚至达到1860K,若没有非常有效的冷却技术,这么高的温度是无法想象的。再如红外摄像装置和传感器,最早也仅用于军事目的,像侦察用的夜视仪、导弹的红外跟踪寻的装置等。现在高灵敏度的红外摄像仪已经大量用于和平目的,如大范围的火灾报警和防护、洪水的监视、资源勘查、环境保护(用装在人造卫星上的红外摄像机可以大范围地监视地面和海岸线等的污染状况)等。此外,从地面军车到军舰、飞机、卫星都离不开各种类型的高效换热设备。