《热传导的原理与课件应用》课件

热传导的原理与课件应用热传导是能量传递的基本方式之一，在工程学、材料科学和日常生活中有着广泛的应用。本课程将系统介绍热传导的基本原理、数学模型及其在各领域中的实际应用，帮助学生建立热传导的物理概念，掌握相关计算方法，并了解最新的研究进展与应用前景。课程概述1课程目标通过本课程学习，学生将掌握热传导的基本理论和数学模型，能够运用相关公式和方法解决实际工程问题，培养热力学思维和热分析能力，为进一步学习传热学和热力学奠定基础。2学习内容课程内容包括热传导基础理论、一维稳态热传导、二维稳态热传导、非稳态热传导、对流换热基础、热辐射基础、热交换器以及传热过程的数值模拟等章节，涵盖了热传导的理论体系和实际应用。考核方式第一章：热传导基础热传导的定义热传导是指在没有宏观物质流动的情况下，由于温度梯度的存在，热能在物质内部或不同物质之间的传递过程。这一过程主要通过分子、原子或电子的相互碰撞和能量交换来实现，是微观粒子运动能量传递的宏观表现。热传导的重要性热传导是最基本的传热方式之一，在工程设计、材料选择、能源利用和日常生活中具有重要意义。合理利用热传导原理可以提高能源利用效率，降低成本，同时也是解决诸多工程问题的关键。理解热传导对于建筑保温、电子设备散热、工业炉窑设计等领域尤为重要。热力学第二定律1定律内容热力学第二定律表明热量总是自发地从高温物体传向低温物体，而不可能自发地从低温物体传向高温物体，除非外界做功。这一定律反映了自然界过程的不可逆性。2熵增原理第二定律的另一种表述是孤立系统的熵永不减小，自发过程总是朝着熵增加的方向进行，熵表示系统的无序程度。3与热传导的关系热传导过程完全遵循热力学第二定律，热能始终从高温区域流向低温区域，这一流动方向决定了热传导方程中温度梯度的负号。理解第二定律对于分析热传导问题至关重要。温度梯度概念解释温度梯度是指物体内部或物体间温度随空间位置变化的程度，表示单位距离上的温度变化。它是热传导中的基本概念，决定了热量传递的方向和速率。温度梯度越大，热传导越强烈。方向性温度梯度是一个矢量量，其方向垂直于等温面，指向温度上升最快的方向。而热流方向与温度梯度方向相反，始终从高温区域流向低温区域。数学表达在三维空间中，温度梯度可以表示为温度T对空间坐标x、y、z的偏导数：∇T=(∂T/∂x,∂T/∂y,∂T/∂z)。在一维情况下，温度梯度简化为dT/dx，表示温度沿x方向的变化率。热流与热流密度热流定义热流（Q）是指单位时间内通过某一截面的热量，表示总的热量传递率，单位为瓦特（W）。它是一个标量量，描述了热能传递的总体规模。在工程计算中，热流常用于评估系统的总体传热性能。热流密度定义热流密度（q）是指单位面积上的热流，表示单位时间内通过单位面积的热量，单位为瓦特/平方米（W/m²）。它是一个矢量量，方向与温度梯度方向相反，指向热量流动的方向。单位换算热流与热流密度的关系为：Q=q·A，其中A为热流通过的截面积。在实际应用中，常根据具体情况选择使用热流或热流密度进行计算和分析。不同的工程领域可能有不同的单位表示方式。傅里叶定律定律内容傅里叶定律是热传导的基本定律，最早由法国物理学家约瑟夫·傅里叶于1822年提出。该定律指出，通过单位面积的热流密度与该处温度梯度成正比，方向相反。这一定律是热传导理论的基础，描述了热流的大小和方向。数学表达式一维情况下，傅里叶定律可表示为q=-k(dT/dx)，其中q是热流密度，k是材料的热导率，dT/dx是温度梯度。负号表示热流方向与温度梯度方向相反。三维情况下，表达式为q=-k∇T，其中∇T是温度梯度。物理意义傅里叶定律反映了热传导的本质特征：热能始终从高温区域流向低温区域，且流动速率与温度差成正比。这一定律是经验定律，但在理论和实践中都得到了广泛验证，为热传导分析提供了理论基础。热导率1定义热导率（k）是材料传导热量能力的度量，表示在单位温度梯度下，通过单位面积传递的热量，单位为瓦特/米·开尔文（W/m·K）。它是傅里叶定律中的比例系数，是材料固有的物理性质，反映了材料导热能力的强弱。2物理本质从微观角度看，热导率与材料内部的分子、原子或电子运动及其相互作用有关。在金属中，自由电子的运动是热传导的主要机制；而在非金属中，晶格振动（声子）是热传导的主要载体。3影响因素热导率受多种因素影响，主要包括材料成分、结构、温度、压力和湿度等。一般来说，金属的热导率随温度升高而降低；而非金属的热导率随温度升高而增加。此外，材料的纯度、密度、孔隙率和晶体结构等也会显著影响其热导率。常见材料的热导率上图展示了不同类型材料的热导率对比。金属材料（如银、铜、铝）的热导率最高，这是因为它们具有大量的自由电子，能够高效地传递热能。而绝热材料如聚苯乙烯的热导率极低，适合用于保温隔热。水和空气等流体的热导率则介于两者之间，但明显低于多数固体材料。一维稳态热传导概念一维稳态热传导是指热量仅在一个方向上传递，且系统中各点温度不随时间变化的热传导过程。在这种情况下，系统处于热平衡状态，热流沿传导方向保持不变，温度分布仅是空间坐标的函数。边界条件求解一维稳态热传导问题需要明确边界条件，常见的有第一类边界条件（已知边界温度）、第二类边界条件（已知边界热流密度）和第三类边界条件（已知边界与外界的对流换热）。边界条件对求解结果有决定性影响。特点一维稳态热传导的特点是：温度分布不随时间变化；热流方向单一；系统中不存在热源或热汇；如存在热源，则其产热率必须恒定。这种简化模型虽然理想化，但在工程分析中有广泛应用。平壁热传导物理模型平壁热传导是一维稳态热传导的最简单形式，指热量垂直于壁面方向传递，且温度只随厚度方向变化。假设平壁足够大，侧边散热可忽略不计，热传导完全在厚度方向进行。温度分布在平壁中，当无内热源且热导率为常数时，温度沿厚度方向呈线性分布。可表示为：T(x)=T₁+(T₂-T₁)×(x/L)，其中T₁和T₂分别是壁面两侧的温度，L是壁厚，x是从一侧壁面起的距离。热流计算平壁一维稳态热传导的热流可通过公式Q=kA(T₁-T₂)/L计算，其中k是材料热导率，A是传热面积，T₁-T₂是温度差，L是壁厚。热流密度q=k(T₁-T₂)/L，单位为W/m²。圆筒壁热传导物理模型圆筒壁热传导是指热量在圆柱形壁体的径向上传递的现象。典型应用如管道保温、热交换器等。假设圆筒壁足够长，轴向热传导可忽略不计，热量仅在径向传递，且系统处于稳态。温度分布与平壁不同，圆筒壁中温度随径向位置的变化呈对数关系，可表示为：T(r)=T₁+(T₂-T₁)×[ln(r/r₁)/ln(r₂/r₁)]，其中r₁和r₂分别是内外壁半径，T₁和T₂是内外壁温度，r是任意位置的半径。热流计算圆筒壁一维稳态热传导的热流可通过公式Q=2πkL(T₁-T₂)/ln(r₂/r₁)计算，其中k是材料热导率，L是圆筒长度，T₁-T₂是内外壁温度差，r₁和r₂是内外壁半径。热流密度q随半径增加而减小。球壁热传导球壁热传导是指热量在球形壁体中从内部向外部（或反向）传递的现象。其物理模型假设热量仅沿径向传递，且系统处于稳态。与圆筒壁类似，球壁中的温度分布也是非线性的，呈反比关系：T(r)=T₁+(T₂-T₁)×[(r₁/r-r₁/r₂)/(1-r₁/r₂)]，其中r₁和r₂是内外球壁半径。球壁热传导的热流计算公式为：Q=4πk(T₁-T₂)/[(1/r₁)-(1/r₂)]，热流密度q随半径的平方增加而减小。球壁热传导在保温容器、压力容器和球形燃料元件等领域有广泛应用。复合壁热传导概念复合壁是指由两种或多种不同材料按一定方式组合而成的壁体，如多层保温墙、多层管道等。复合壁热传导是研究热量通过这种复合结构传递的过程，在工程实际中具有广泛应用。温度分布复合壁中，每层材料内部的温度分布遵循该材料的导热特性（线性或非线性），而在材料界面处，温度通常连续，但温度梯度（热流密度）不连续，因为不同材料的热导率不同。计算方法复合壁热传导计算采用热流守恒原理，即稳态条件下通过各层的热流相等。可通过解析各层的温度分布方程和界面条件，或利用电热模拟法（热阻法）直接计算总热传导。热阻概念定义热阻是衡量物体阻碍热流通过能力的物理量，类似于电学中的电阻概念。热阻越大，热传导越困难；热阻越小，热传导越容易。它是热传导计算中的重要参数。1物理意义热阻反映了材料或结构对热传导的阻碍作用，单位为K/W。它与材料热导率、几何尺寸和传热方式有关，提供了一种评估材料隔热性能的直观方法。2计算公式对于平壁，热阻R=L/(kA)；对于圆筒壁，R=ln(r₂/r₁)/(2πkL)；对于球壁，R=(r₂-r₁)/(4πkr₁r₂)。其中L是厚度，k是热导率，A是面积，r₁和r₂是内外半径。3热阻串并联复合壁中，沿热流方向排列的各层热阻为串联关系，总热阻为各层热阻之和；而平行排列的各部分热阻为并联关系，总热阻的倒数等于各部分热阻倒数之和。4接触热阻产生原因接触热阻是指两个固体表面接触时，因接触不完全而产生的额外热传导阻力。微观上看，即使看似光滑的表面，实际上存在微小的凹凸不平，导致实际接触面积远小于表观接触面积。接触点之间的空隙通常充满空气或其他介质，这些介质的热导率通常远低于固体材料，从而形成较大的热阻。影响因素接触热阻的大小受多种因素影响：表面粗糙度（越粗糙，接触热阻越大）；接触压力（压力增大，接触面积增加，热阻减小）；材料硬度（较软材料在压力下变形更多，接触面积增大）；中间介质（导热性好的填充剂可减小热阻）；表面温度（温度升高导致材料膨胀，可能改变接触状态）。减小方法在工程实践中，常采用以下方法减小接触热阻：增加接触压力；提高表面光洁度；使用导热填料（如导热膏、导热垫等）填充接触面间的空隙；焊接或冶金结合取代机械接触；在电子器件散热中，使用导热膏填充CPU与散热器之间的空隙是经典应用。临界绝热厚度1定义临界绝热厚度是指当在圆柱或球形表面上增加绝热材料时，随着绝热层厚度的增加，总热损失率先减小后增大时的特定厚度值。这一概念对于管道和球形容器的绝热设计尤为重要。rc临界半径圆柱形表面的临界半径rc=k/h，其中k是绝热材料的热导率，h是表面对流换热系数。当表面原始半径小于临界半径时，添加任何绝热层反而会增加热损失。2物理解释随着绝热层厚度增加，一方面增加了热阻（有利于减少传热），另一方面增大了散热面积（不利于减少传热）。当这两种效应平衡时，达到临界厚度。超过临界厚度后，面积增加的影响超过热阻增加的影响。扩展面传热定义扩展面传热是指通过增加传热面积来提高总传热量的方法。扩展面（如散热片、翅片等）是从基面延伸出来的附加结构，通过增加与环境的接触面积，显著提高传热效率。这一技术在热交换器、电子散热和发动机冷却等领域广泛应用。工作原理扩展面的材料通常具有较高的热导率，能够有效地将热量从基面传导至扩展部分，再通过扩展部分与周围环境（通常是流体）进行换热。扩展面通常具有较大的表面积与体积比，能够在有限空间内实现较大的传热面积。应用场景扩展面传热的典型应用包括：电脑CPU散热器，通过金属翅片增加与空气的接触面积；汽车散热器，利用金属片增加水与空气的热交换面积；空调室外机的散热片，提高制冷剂与空气的热交换效率；电力变压器的散热片，帮助变压器油散热；LED灯具的散热结构，保证LED芯片正常工作温度。翅片效率1翅片效率定义实际传热量与理想传热量之比2影响因素材料导热性、几何形状、尺寸3计算方法不同形状有特定解析解或数值解4优化设计材料选择和形状设计的平衡翅片效率（η）是评价扩展面传热性能的重要指标，定义为翅片实际传热量与假设翅片温度处处等于基面温度时的理想传热量之比。理想情况下η=1，实际上η<1，因为翅片沿长度方向存在温度梯度，端部温度低于基面温度。影响翅片效率的因素包括：材料热导率（k越大，效率越高）；翅片几何尺寸（越细长，效率越低）；对流换热系数（h越大，效率越低）；环境温度等。针对不同形状的翅片（直线型、圆柱型、环形等），存在特定的效率计算公式。在工程设计中，通常需要在材料成本、重量、空间限制和传热性能之间寻求最佳平衡。二维稳态热传导概念二维稳态热传导是指热量在两个方向上传递，且系统中各点温度不随时间变化的热传导过程。与一维热传导相比，二维热传导更接近实际情况，但分析和计算也更为复杂。二维热传导问题的温度分布是两个空间坐标的函数T(x,y)。控制方程二维稳态热传导的控制方程为：∂²T/∂x²+∂²T/∂y²+q/k=0，其中T是温度，x和y是空间坐标，q是内热源密度，k是热导率。这是典型的拉普拉斯方程（无内热源时）或泊松方程（有内热源时）。求解该方程需要适当的边界条件。解析解与数值解对于简单几何形状和边界条件，二维热传导问题可以通过变量分离法、傅里叶级数展开等方法获得解析解。但对于复杂几何形状或边界条件，通常需要采用数值方法（如有限差分法、有限元法等）求解。在工程实践中，数值解法更为常用。数值解法概述有限差分法有限差分法(FDM)是求解热传导问题最常用的数值方法之一。该方法将连续区域离散为节点网格，用差分方程代替微分方程，将导热微分方程转化为代数方程组。FDM实施简单，适合规则区域，但对复杂几何形状和边界条件处理有局限性。常用的差分格式包括向前差分、向后差分和中心差分。有限元法有限元法(FEM)是一种更灵活的数值解法，特别适用于复杂几何形状和边界条件。该方法将求解区域分割为有限个单元，在每个单元内用简单函数逼近真实解，然后建立全局方程求解。FEM的优势在于能够处理不规则边界和非均匀材料，但计算量较大，实现较复杂。在热传导高级分析中，FEM应用广泛。其他数值方法除FDM和FEM外，还有边界元法(BEM)，特别适合边界条件复杂的问题；有限体积法(FVM)，广泛用于计算流体力学和传热问题；谱方法，具有高精度特点；格子波尔兹曼方法(LBM)，适用于多尺度模拟。在工程实践中，通常根据问题特点和精度要求选择合适的数值方法。图解法1原理图解法是一种直观的解决热传导问题的方法，主要用于稳态二维热传导。其基本思想是利用等温线和热流线构建"热流网络"。等温线表示温度相等的点的轨迹，热流线表示热量流动的路径。在理想情况下，等温线和热流线相互正交，形成流网格。2流网构建构建流网时，需要考虑以下原则：等温线与等势线正交；等温线之间的温差相等；流网格近似为正方形；在均匀介质中，流管内的热流相等。流网构建可以手动进行，也可通过计算机图形软件辅助实现。3热流计算利用流网可以计算热流：Q=kΔT(m/n)，其中k是热导率，ΔT是总温差，m是流管数量，n是等温线间的间隔数。通过计数流网中的单元数，可以快速估算复杂几何结构的传热性能。4应用范围图解法主要用于：具有简单边界条件的二维热传导问题；没有内热源的情况；材料性质均匀的区域。虽然计算精度不如现代数值方法，但其直观性使其在教学和初步估算中仍有价值。随着计算机技术的发展，图解法在实际工程应用中已较少使用。第二章：非稳态热传导概念非稳态热传导是指系统中温度随时间变化的热传导过程。当物体受到突变的边界条件（如温度、热流等）时，物体内部温度场需要一定时间才能达到新的平衡状态，这一过程就是非稳态热传导。非稳态过程是工程实际中最常见的情况。控制方程非稳态热传导的控制方程是热传导微分方程：ρc(∂T/∂t)=k(∂²T/∂x²+∂²T/∂y²+∂²T/∂z²)+q，其中ρ是密度，c是比热容，T是温度，t是时间，k是热导率，q是内热源密度。该方程表明温度的时间变化率与空间二阶导数和内热源相关。特点非稳态热传导的主要特点是：温度场随时间变化；热流随时间和位置变化；计算复杂度高于稳态问题；需考虑材料热物性（热扩散率）；解决方案通常包括瞬态响应和最终稳态两部分。非稳态热传导在保温材料性能评估、热处理工艺设计等领域有广泛应用。集中参数法原理集中参数法（也称集总系统法）是分析非稳态热传导的简化方法，其基本假设是物体内部温度分布均匀，整个物体可用单一温度表示。这种方法将物体视为一个"点"，忽略了内部温度梯度，大大简化了计算。适用于内部热阻远小于表面热阻的情况，即物体内部热传导速率远快于表面与环境的热交换速率。适用条件集中参数法的适用性由比奥数（Bi）决定：Bi=hL/k，其中h是表面换热系数，L是特征长度，k是材料热导率。当Bi<0.1时，集中参数法有较好的精度。这通常出现在：小尺寸、高导热性物体；低表面换热系数条件；如金属小件在空气或水中的冷却。数学模型集中参数法的基本方程是：ρcV(dT/dt)=hA(T∞-T)，其中ρ是密度，c是比热容，V是体积，T是物体温度，T∞是环境温度，A是表面积。解这一微分方程得到：(T-T∞)/(Ti-T∞)=exp(-t/τ)，其中Ti是初始温度，τ=ρcV/(hA)是时间常数，表征了系统的响应速度。比奥数Bi定义比奥数（Biotnumber，Bi）是一个无量纲参数，定义为Bi=hL/k，其中h是表面换热系数，L是特征长度（通常为体积与表面积之比），k是物体的热导率。比奥数表示物体内部传导热阻与表面对流热阻的比值，是评估非稳态热传导特性的重要参数。0.1临界值Bi<0.1是集中参数法适用的临界条件。当Bi值小于0.1时，物体内部温度梯度不明显，可以用单一温度表示整个物体；当Bi值大于0.1时，物体内部温度梯度不可忽略，需要考虑分布参数系统，即考虑温度在空间上的分布。∞物理意义比奥数反映了物体表面与内部传热阻力的相对大小。Bi值越小，表明表面热阻主导整个传热过程，物体内部温度趋于均匀；Bi值越大，表明内部热阻占主导地位，物体内部会形成显著的温度梯度。比奥数大小决定了热传导问题的分析方法和复杂度。一维非稳态导热一维非稳态导热研究温度在单一方向上随时间变化的热传导过程。三种典型的一维结构是无限大平板、无限长圆柱和球体。在平板中，温度仅沿厚度方向变化；在圆柱中，温度仅沿径向变化；在球体中，温度仅与到中心的距离有关。这些问题的分析通常基于以下假设：材料性质均匀且不随温度变化；无内热源；初始温度均匀；边界条件简单（如恒定温度或对流换热）。求解方法包括分离变量法、拉普拉斯变换法等，最终解通常表示为无穷级数形式。工程应用中，常用图表或近似解简化计算。海塞尔曼图表1图表介绍海塞尔曼图表(HeislerCharts)是解决一维非稳态热传导问题的实用工具，由海塞尔曼在1947年发表。这组图表提供了三种基本几何形状（无限平板、无限长圆柱和球体）在非稳态导热过程中的温度分布和中心温度变化。图表将复杂的无穷级数解简化为图形形式，方便工程师快速获得近似解。2图表内容海塞尔曼图表包含三组图：中心温度比与傅里叶数的关系图；不同位置的温度比与中心温度比的关系图；表面热流与傅里叶数的关系图。这些图表覆盖了不同的比奥数范围，适用于第三类边界条件（对流边界）。其中傅里叶数Fo=αt/L²，α是热扩散率，t是时间，L是特征长度。3使用方法使用海塞尔曼图表时，首先计算比奥数Bi和傅里叶数Fo，然后从中心温度图中查得中心无量纲温度，再从温度分布图中找到其他位置的温度。对于复合形状（如有限长圆柱），可采用乘积法，将结果相乘得到近似解。图表使用便捷，但精度有限，通常用于工程初步估算。规则形状物体的降温曲线无量纲时间(Fo)平板圆柱球体上图展示了三种基本几何形状（平板、圆柱和球体）在相同比奥数（Bi=1）条件下的中心温度降低曲线。横轴为无量纲时间（傅里叶数Fo），纵轴为无量纲温度θ=(T-T∞)/(Ti-T∞)，其中T是当前温度，T∞是环境温度，Ti是初始温度。从图中可以看出，对于相同的傅里叶数，球体冷却最快，其次是圆柱，平板冷却最慢。这是因为球体的比表面积最大，热量散失最快；而平板的比表面积最小，热量散失最慢。这一特性在热处理工艺设计、食品冷冻和化工过程中有重要应用。半无限大物体的非稳态导热1概念半无限大物体是指在一个方向上无限延伸，其他方向上有边界的物体。实际中，当物体尺寸足够大，且关注的时间足够短，使热量只能扩散到表面附近有限深度时，可将其视为半无限大物体。典型应用如地表土壤的昼夜温度变化、大块金属的表面淬火等。2解析解半无限大物体非稳态导热问题有多种边界条件下的解析解：恒定表面温度条件下，温度分布为T(x,t)=Ti+(Ts-Ti)·erfc(x/(2√αt))；恒定表面热流条件下，温度分布为T(x,t)=Ti+(2q/k)·(√αt/π)·exp(-x²/(4αt))-(qx/k)·erfc(x/(2√αt))；对流边界条件下的解则更复杂。3计算方法半无限大物体温度计算通常涉及误差函数(erf)或余误差函数(erfc)，可通过数学表或计算程序求值。也可使用近似解简化计算：当Fo<0.05时，可使用瞬态表面温度近似；当Fo>0.05时，可考虑使用有限尺寸物体解的前几项。在工程应用中，还可采用图解法快速估算表面温度变化。周期性温度变化下的热传导自然现象周期性温度变化普遍存在于自然界，如地表温度的昼夜变化、季节性变化等。这种周期性变化导致热量在介质中的往复传递，形成温度波。1温度波特性随着深度增加，温度波的幅度呈指数衰减，相位滞后也随之增加。衰减特性与材料热物性和温度变化周期有关。2数学模型周期边界条件下的半无限体温度分布可表示为T(x,t)=Tm+A0·exp(-x/δ)·cos(ωt-x/δ)，其中δ是温度波的穿透深度。3应用场景了解周期性热传导对建筑设计、地热工程、土壤温度预测和考古学等领域具有重要意义。4第三章：对流换热基础概念对流换热是指在流体流动过程中，通过流体宏观运动和分子热传导共同作用而实现的热量传递。它是流体与固体表面之间热量交换的主要方式，依赖于流体的运动状态。对流换热比纯热传导更为复杂，因为它涉及流体力学和热传导的耦合过程。分类对流换热根据流动驱动力来源可分为强制对流（由外力如泵、风扇驱动）和自然对流（由温度差引起的密度差驱动）；根据流动状态可分为层流对流和湍流对流；根据流体是否发生相变可分为单相对流和相变对流（如冷凝、沸腾）。不同类型的对流换热具有不同的特性和计算方法。与热传导的区别热传导主要发生在静止介质中，能量通过分子碰撞传递，而对流换热则发生在流体中，能量既通过分子碰撞也通过流体整体运动传递。热传导的传热速率主要取决于温度梯度和材料热导率，而对流换热还受流体流动特性和几何条件影响。对流换热通常比纯热传导更高效。对流换热的影响因素流体性质流体的热导率、密度、粘度、比热容和热膨胀系数等物理性质对对流换热有重要影响。热导率影响分子层面的热传递；密度和比热容决定流体存储热量的能力；粘度影响流体的运动特性和边界层发展；热膨胀系数对自然对流尤其重要，它决定了温度差所产生的浮力大小。流动状态流体的流动状态是影响对流换热的关键因素。层流状态下，流体沿平行层流动，热量主要通过热传导方式在流体层间传递；湍流状态下，流体粒子混合更充分，热量传递更高效。流速越高，边界层越薄，热阻越小，对流换热系数越大。雷诺数是表征流动状态的重要参数。几何条件物体的形状、尺寸和表面状况显著影响对流换热性能。形状决定了流体流动路径；特征尺寸影响边界层发展和流动状态；表面粗糙度可以增加湍流程度，提高换热效率，但也增加了流动阻力。此外，物体的朝向（如垂直或水平）、周围空间限制等也会影响对流换热效果。边界层理论速度边界层速度边界层是指流体流过固体表面时，由于粘性作用，在靠近壁面附近形成的流速逐渐变化的薄层。在边界层内，流速从壁面处的零逐渐增加到主流速度。速度边界层厚度δ定义为流速达到主流速度99%的距离。速度边界层的发展特性对对流换热有决定性影响。温度边界层温度边界层是指当流体与不同温度的固体表面接触时，在靠近壁面附近形成的温度逐渐变化的薄层。在温度边界层内，流体温度从壁面温度逐渐变化到主流温度。温度边界层厚度δt定义为温度变化达到总温差99%的距离。温度边界层的厚度与流体普朗特数有关。边界层分离在不利的压力梯度作用下，边界层可能发生分离现象，形成旋涡和回流区。边界层分离对热传递有显著影响，通常会在分离点附近形成局部热传递弱化区，而在再附着点附近形成强化区。了解边界层分离行为对设计换热设备和预测热传递性能至关重要。对流换热系数1定义与单位描述对流换热强度的关键参数2物理意义表征单位温差和单位面积下的换热能力3影响因素流体性质、流动特性和几何条件4测定方法直接测量或通过经验关联式计算5应用范围从微电子器件到工业设备的传热计算对流换热系数h是对流传热过程中的关键参数，定义为单位面积、单位温差下的热流密度，即q=h(Tw-T∞)，其中Tw是壁面温度，T∞是主流温度。其单位为W/(m²·K)。物理上，对流换热系数反映了流体与固体表面之间换热的容易程度，数值越大表示换热越强烈。对流换热系数受多种因素影响：流体性质（如导热系数、密度、粘度、比热）；流动状态（层流或湍流，强制或自然对流）；几何条件（如平板、圆管、翅片）；表面状况等。在工程实践中，对流换热系数通常通过实验测定或经验关联式计算，是热交换器、HVAC系统、电子设备散热等设计的关键参数。努谢尔特准则定义努谢尔特数(Nu)是描述对流换热的无量纲数，定义为Nu=hL/k，其中h是对流换热系数，L是特征长度，k是流体导热系数。努谢尔特数表示实际对流换热与纯导热换热的比值，反映了对流增强热传递的程度。Nu=1表示纯导热，Nu>1表示对流增强了热传递。关联式努谢尔特数通常表示为其他无量纲数的函数：强制对流中，Nu=f(Re,Pr)，其中Re是雷诺数，Pr是普朗特数；自然对流中，Nu=f(Gr,Pr)或Nu=f(Ra)，其中Gr是格拉晓夫数，Ra是瑞利数。具体关联式形式因几何形状和流动条件而异，通常基于实验数据拟合得到。物理意义努谢尔特数是热传递分析中的核心参数，通过它可以计算对流换热系数h=Nu·k/L，进而确定传热速率。努谢尔特数越大，表示对流效应越强，传热效率越高。在热交换器设计、建筑热工和工业过程中，努谢尔特数是表征热传递性能的重要指标，也是众多传热工程计算的基础。强制对流换热定义强制对流换热是指在外力（如泵、风扇、自然风等）作用下，流体被迫流动而产生的对流换热过程。强制对流中，流体运动主要由外力驱动，而非温度差引起的浮力。这种换热方式在工程应用中最为普遍，如空调系统、热交换器、散热器等。层流强制对流层流强制对流发生在雷诺数较低（通常Re<2300）的条件下。在层流中，流体沿平行层流动，混合有限，热量主要通过热传导在流体层间传递。层流对流换热的特点是换热系数较小且与流速的关系较为简单，通常与流速的0.5次方成正比。常见的层流强制对流包括管道低速流动和平板上的层流边界层。湍流强制对流湍流强制对流发生在雷诺数较高的条件下。在湍流中，流体质点作无规则脉动运动，混合更充分，热量传递更高效。湍流对流换热系数通常比层流大5-10倍，且与流速的关系更复杂，一般与流速的0.8次方成正比。大多数实际工程应用中的对流换热都属于湍流状态，如空调送风、高速管道流动等。自然对流换热自然对流换热是指由流体温度差引起的密度差而产生浮力驱动的对流换热过程。当流体与不同温度的表面接触时，流体受热(或冷却)后密度发生变化，在重力场中形成浮力，促使流体流动，从而实现热量传递。自然对流不需要外力驱动，能耗低，但换热强度通常低于强制对流。自然对流的强度主要由瑞利数(Ra)表征，Ra=Gr·Pr，其中Gr是格拉晓夫数，反映浮力与粘性力的比值；Pr是普朗特数，反映动量扩散与热扩散的比值。常见自然对流包括垂直平板、水平圆管、封闭空间等情形，它们具有不同的流动模式和换热特性。自然对流广泛应用于建筑采暖、电子设备散热、家用电器等领域。相变换热相变现象相变换热是指在流体发生相态变化(液-气或气-液)过程中的热量传递。相变过程中，流体吸收或释放大量潜热，热传递效率远高于单相对流。常见的相变换热包括沸腾(液体变为气体)和凝结(气体变为液体)，这些过程在能源、化工和制冷领域有广泛应用。沸腾换热沸腾换热是液体吸收热量变为气体的过程。根据液体过热度不同，可分为核态沸腾(液体中形成蒸汽泡)和膜态沸腾(表面形成稳定蒸汽膜)。核态沸腾具有极高的换热系数，而膜态沸腾由于蒸汽膜隔热作用导致换热系数大幅降低。影响沸腾换热的因素包括表面温度、液体性质、表面特性和几何形状等。凝结换热凝结换热是蒸汽冷却成液体并释放潜热的过程。根据凝结液体形态，可分为膜状凝结(液体形成连续膜)和滴状凝结(液体形成分散液滴)。滴状凝结的换热效率可比膜状凝结高8-10倍，但在实际工程中较难维持。影响凝结换热的因素包括表面温度、蒸汽性质、表面倾角、表面涂层和几何尺寸等。第四章：热辐射基础1概念热辐射是指物体以电磁波形式向外传递能量的过程，无需介质传播，能在真空中传递能量。热辐射主要以红外波段为主，波长范围约0.76-100μm。所有温度高于绝对零度的物体都会向外辐射能量，同时也会吸收来自周围物体的辐射能量。2特点热辐射的主要特点包括：不需要介质即可传播；传递速度为光速；辐射强度与物体表面性质和绝对温度的四次方成正比；具有方向性，可被反射、吸收或透过；辐射波长与温度有关，物体温度越高，主要辐射波长越短（维恩位移定律）；在高温条件下，辐射成为主导的传热方式。3工程意义热辐射在许多工程领域有重要应用：高温工业炉窑中，辐射是主要传热方式；建筑节能设计中，考虑窗户和墙体的辐射特性；太阳能利用设备中，提高辐射吸收率；航天器热控系统设计中，辐射是太空中唯一的散热方式；红外成像技术和热传感器应用中，基于物体辐射特性进行测量和检测。黑体辐射定义黑体是理想化的物理模型，它能完全吸收入射的所有波长的辐射能(吸收率α=1)，同时在给定温度下发射最大可能的辐射能(发射率ε=1)。实际上不存在完美的黑体，但某些结构(如小孔连接的空腔)可以非常接近黑体特性。黑体是研究热辐射的基准，所有实际物体的辐射性能都参照黑体进行比较和表述。特性黑体具有以下关键特性：对所有波长的辐射，吸收率均为1；在任何给定温度下，黑体的发射率为1，且辐射强度在所有物体中最大；黑体辐射是漫发射的，即辐射强度在各个方向上是均匀的(朗伯发射体)；黑体的光谱辐射分布遵循普朗克定律，随温度变化；黑体的总辐射能遵循斯特凡-玻尔兹曼定律，与温度的四次方成正比。实际应用黑体概念在多个领域有重要应用：作为辐射测量的校准标准；在红外线温度计设计中提供理论基础；在天文学中帮助理解宇宙背景辐射；在热成像技术中校准成像系统；在炉窑设计中评估高温辐射换热性能；在材料科学中表征材料的发射率和吸收率；为物理学发展中的量子理论提供了重要实验依据。斯特凡-玻尔兹曼定律T⁴定律内容斯特凡-玻尔兹曼定律阐述了黑体辐射能量与温度的关系：黑体单位时间、单位面积辐射的总能量与其绝对温度的四次方成正比。数学表达式为E_b=σT⁴，其中E_b是黑体辐射出射度(W/m²)，σ是斯特凡-玻尔兹曼常数(5.67×10⁻⁸W/m²·K⁴)，T是黑体绝对温度(K)。这一定律由斯特凡在1879年实验发现，后由玻尔兹曼在1884年从理论上验证。ε实际物体的应用对于实际物体(非黑体)，斯特凡-玻尔兹曼定律修正为E=εσT⁴，其中ε是物体表面的发射率(0<ε<1)，反映了物体相对于黑体的辐射能力。发射率ε因材料、表面状况、温度和辐射波长而异。例如，抛光金属表面ε通常很低(0.05-0.2)，而氧化物和有机材料表面ε较高(0.8-0.95)。63%应用斯特凡-玻尔兹曼定律广泛应用于：工业炉窑的辐射传热计算；太阳能设备设计中估算接收能量；地球热平衡和气候模型分析；红外温度测量和热成像技术；航天器热控制系统设计；冶金过程中的温度控制；消防和安全应用中的热辐射评估；红外探测器灵敏度计算。定律的实用性在于能够简单地估算物体辐射温度引起的能量变化。普朗克定律波长(μm)1000K2000K5000K普朗克定律是量子物理学的基石之一，描述了黑体在不同波长上的辐射能量分布。该定律由马克斯·普朗克于1900年提出，表述为：黑体在特定温度下的单色辐射强度E_bλ=(C₁/λ⁵)/[exp(C₂/λT)-1]，其中C₁和C₂是普朗克常数，λ是波长，T是绝对温度。上图展示了不同温度下黑体辐射的光谱分布。随着温度升高，曲线峰值向短波长方向移动(维恩位移定律)，同时总辐射强度急剧增加(遵循T⁴关系)。普朗克定律在天文学、温度测量、红外成像和材料科学中有广泛应用。特别是，它为理解宇宙微波背景辐射、太阳辐射特性以及热辐射传感器设计提供了理论基础。维恩位移定律定律内容维恩位移定律描述了黑体辐射光谱分布峰值波长与温度的关系：黑体辐射强度达到最大值的波长λ_max与绝对温度T成反比，即λ_max·T=b，其中b为维恩位移常数，值为2.898×10⁻³m·K。这一定律由威廉·维恩于1893年提出，表明随着物体温度升高，其辐射的主要波长向短波方向移动。物理意义维恩位移定律揭示了物体温度与其辐射颜色之间的内在联系。低温物体(如室温)主要辐射长波红外线；中等温度物体(如电炉丝)发出可见红光；高温物体(如太阳)发出白光或蓝白光。这一规律解释了为什么我们能从物体发光颜色判断其温度，也是天文学家测定恒星表面温度的理论基础。应用维恩位移定律在多个领域有重要应用：天文学中用于确定恒星表面温度；光学温度计和红外温度计的设计；热成像技术中选择合适的探测器波长范围；工业过程如金属热处理中的温度监控；可见光和红外辐射源的设计；材料科学中的热辐射特性研究；火灾探测和安全监控系统。该定律提供了简便方法估算热物体的主要辐射波长。实际物体的辐射特性发射率发射率(ε)是实际物体辐射能力相对于同温度黑体的比值，范围为0到1。它反映了物体发射热辐射的能力，是物体表面特性的重要参数。发射率受多种因素影响：材料成分和结构；表面状况(如粗糙度、氧化程度)；温度；辐射波长；观察方向等。金属表面通常有低发射率(高反射率)，而非金属表面发射率较高。吸收率吸收率(α)是物体吸收入射辐射能量的比例，范围为0到1。完全吸收的黑体α=1，完全反射的表面α=0。吸收率与发射率类似，受材料性质、表面状况、温度、波长和入射角度影响。在太阳能利用中，高吸收率涂层用于吸收太阳辐射；在隔热材料设计中，低吸收率表面用于减少辐射热获取。选择性表面选择性表面是指在不同波长范围内具有不同辐射特性的表面。例如，理想的太阳能吸收表面在可见光和近红外区(太阳辐射主要波段)具有高吸收率，而在远红外区(物体自身辐射波段)具有低发射率。这种特性可通过特殊涂层或表面处理实现。选择性表面广泛应用于太阳能集热器、建筑节能材料和航天器热控制系统。基尔霍夫定律定律内容基尔霍夫定律阐述了物体的发射率与吸收率之间的关系：在热平衡状态下，对于任何波长和任何方向，物体的单色定向发射率等于其单色定向吸收率，即ε_λ,θ=α_λ,θ。简化形式下，对于漫辐射体，可表述为ε=α。1物理机制基尔霍夫定律反映了微观能量平衡原理。如果物体对某波长辐射吸收能力强，则其发射该波长辐射的能力也强。反之亦然，低吸收率对应低发射率。这保证了热平衡状态能够维持。2适用条件基尔霍夫定律严格适用于热平衡条件。在非平衡状态(如化学反应、电激发等)可能不完全成立。此外，波长一致性很重要，特定波长的吸收率对应同一波长的发射率。3实际应用该定律广泛应用于材料设计、热辐射计算、光谱分析和遥感技术。例如，通过测量材料的反射率可以推算其发射率，大大简化了实验工作。4辐射换热计算1基本原理辐射换热计算关注不同物体之间通过辐射方式交换的热量。计算时需考虑物体的几何构型、表面特性、温度以及彼此之间的空间位置关系。基本辐射换热公式为：Q₁₂=A₁F₁₂σ(T₁⁴-T₂⁴)，其中F₁₂是视图因子，表示从表面1发出的辐射有多大比例被表面2接收。2平行平板两个大平行平板之间的辐射换热是最简单的情况，视图因子F₁₂=1，净辐射热流为：Q₁₂=A₁σ(T₁⁴-T₂⁴)/[(1/ε₁)+(1/ε₂)-1]，其中ε₁和ε₂分别是两个表面的发射率。当平板尺寸有限时，需要考虑边缘效应，计算会更复杂。在建筑物墙体、电子设备散热和工业炉窑设计中常见这种情况。3同心球面对于两个同心球面之间的辐射换热，内球表面积为A₁，外球表面积为A₂，视图因子F₁₂=1，F₂₁=A₁/A₂。净辐射热流可表示为：Q₁₂=σ(T₁⁴-T₂⁴)/[(1/ε₁)+(A₁/A₂)(1/ε₂-1)]。这种几何构型在设计热屏蔽系统、双层储罐和某些特殊热交换器中有应用，如球形燃料元件的冷却。辐射屏的应用原理辐射屏是放置在两个辐射表面之间，用于减少辐射换热的装置。其工作原理基于多表面辐射网络：当在两个表面之间插入辐射屏时，原来的单一辐射热阻变为两个串联热阻，显著增加了总热阻。理想辐射屏应具有低发射率表面（高反射率），能够反射大部分入射辐射，减少净传热量。效果单层理想辐射屏（发射率趋近于零）可以减少约50%的辐射换热；多层辐射屏的效果更显著，n层理想辐射屏可减少约(n+1)倍辐射换热。实际辐射屏由于存在发射率，效果会小于理想情况。辐射屏的效力也受几何布置、温度水平和表面污染影响。定期维护和保持表面清洁对保证辐射屏性能至关重要。工程应用辐射屏广泛应用于：低温工程（如液氮容器）中的多层绝热；航天器热控制系统，保护设备免受太阳辐射和深空冷辐射；高温工业炉窑，减少热损失；建筑隔热，尤其是屋顶反射隔热层；热防护服装设计；热电偶辐射屏蔽，提高测温精度；冷藏设备和热管道保温。特别是在航天领域，多层辐射隔热材料(MLI)是保证航天器热平衡的关键技术。第五章：热交换器定义热交换器是实现两种或多种流体之间热量交换而不发生混合的设备。它广泛应用于发电、制冷空调、化工、石油、食品加工等领域，是热能有效利用的关键设备。热交换器的设计目标是在满足给定热负荷、压降限制和空间要求的条件下，实现高效、经济的热量传递。分类热交换器按结构可分为：管壳式（流体分别在管内和壳体内流动）；板式（流体在金属板片形成的通道中流动）；板翅式（增加翅片提高传热效率）；螺旋式；紧凑式等。按流动方式可分为：并流（两流体流向相同）；逆流（流向相反）；交叉流；混合流等。按传热过程可分为：单相热交换器和两相热交换器（如冷凝器、蒸发器）。工作原理热交换器中，热量从高温流体传递到低温流体，传热过程包括：对流换热（流体与固体表面）；导热（通过分隔壁）；有时还包括辐射换热（高温条件下）。传热效率受多种因素影响：流体物性、流速、温度差、表面状态、几何结构等。热交换器设计需考虑传热性能、流动阻力、结垢、腐蚀、成本和维护等方面。对数平均温差法原理对数平均温差法(LMTD法)是热交换器设计和分析的基本方法。其核心思想是将整个热交换器的传热过程视为微元过程积分，考虑到沿程温差的变化。这种方法尤其适用于热交换器的性能验证和已知入口出口温度条件下的设计计算。数学表达热交换器的热传递速率可表示为：Q=UA·LMTD，其中U是总传热系数，A是传热面积，LMTD是对数平均温差。对于并流和逆流热交换器，LMTD=(ΔT₁-ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)，其中ΔT₁和ΔT₂是热交换器两端的温差。对于复杂流动方式（如交叉流），需引入修正系数F，修正后的公式为：Q=UA·F·LMTD。计算步骤应用LMTD法的典型步骤包括：确定热负荷Q；计算两端温差ΔT₁和ΔT₂；计算LMTD；对非并流或逆流情况，确定修正系数F；估算或计算总传热系数U；计算所需传热面积A=Q/(U·F·LMTD)。LMTD法直观明确，广泛用于工程设计，特别是当入口和出口温度已知时。有效度-传热单元数法1定义评估热交换器性能的无量纲方法2有效度(ε)实际传热量与理论最大传热量之比3传热单元数(NTU)表征热交换器传热能力的无量纲参数4热容量比(Cr)最小与最大热容量流率之比5应用场景适用于出口温度未知的热交换器设计有效度-传热单元数法(ε-NTU法)是热交换器分析的另一重要方法，特别适合于已知入口温度而出口温度未知的情况。该方法基于热交换器有效度ε的概念，定义为实际传热量与理论最大可能传热量之比。数学表达为ε=Q/Q_max，其中Q_max=C_min(T_h,in-T_c,in)，C_min是两种流体热容量流率(ṁ·c_p)中的较小值。传热单元数NTU=UA/C_min，是表征热交换器传热能力的无量纲参数。热容量比C_r=C_min/C_max。对于给定的流动布置(如并流、逆流、壳管式等)，存在特定的ε-NTU关系式：ε=f(NTU,C_r)。ε-NTU法的优势在于无需迭代计算，特别适合热交换器选型和系统性能预测，已成为现代热交换器设计的标准方法。热交换器的选型与设计1考虑因素热交换器选型需综合考虑多方面因素：工艺要求(如温度、压力、流量、介质特性)；热力性能(传热效率、压降)；空间限制和安装便利性；材料兼容性和耐腐蚀性；结垢趋势和清洗维护难度；初始投资和运行成本；安全性和可靠性；环境影响和节能要求等。不同应用场景对各因素的侧重点不同，需权衡取舍。2设计流程热交换器设计的基本流程包括：确定设计规范和约束条件；选择合适的热交换器类型；进行热力学计算(如传热面积、流速、压降)；进行结构设计(如尺寸、材料、加工工艺)；强度验算和安全评估；经济性分析；绘制设计图纸和技术文档。设计过程通常需要反复迭代，以达到各方面要求的平衡。3优化策略热交换器优化主要从以下方面入手：提高传热系数(如增加表面粗糙度、添加扰流装置)；增大传热面积(如加装翅片、使用微通道)；改善流动分布(如优化流道设计、避免短路和死区)；减少热阻(如选用高导热材料、减小壁厚)；降低结垢倾向(如控制流速、改善表面处理)；开发新型结构(如打印式热交换器、聚合物热交换器)等。第六章：传热过程的数值模拟概述传热过程的数值模拟是通过计算机求解描述传热现象的数学方程，预测和分析复杂系统中的温度分布和热流分布。随着计算机技术的发展，数值模拟已成为传热学研究和工程设计的重要工具，能够处理解析解法难以解决的复杂几何、非线性问题和多物理场耦合问题。基本步骤传热数值模拟的基本步骤包括：问题定义和简化；建立物理和数学模型；网格划分；设定边界条件和初始条件；选择求解算法；计算求解；结果分析和验证。这一过程需要理解物理本质，掌握数值方法，并结合实验数据进行验证，以确保模拟结果的可靠性。应用领域传热数值模拟在众多领域有广泛应用：工业设备设计(如热交换器、加热炉、冷却系统)；电子设备散热分析；建筑热环境模拟；航空航天热防护系统设计；生物医学中的热疗分析；材料加工过程模拟(如铸造、焊接、热处理)；能源系统优化(如太阳能集热器、锅炉、核反应堆)等。有限差分法原理有限差分法(FDM)是最早发展的数值方法之一，其基本思想是将连续区域离散为有限个节点，然后用差分方程近似微分方程。该方法将导热微分方程中的导数项用泰勒级数展开后的差分形式代替，将连续问题转化为离散的代数方程组。FDM的核心是用相邻节点的温度值来近似表示导数。差分格式常用的差分格式包括：向前差分(显式)，计算简单但稳定性受限；向后差分(隐式)，无条件稳定但需求解方程组；中心差分，精度较高但实现复杂；交替方向隐式法(ADI)，提高计算效率的多维问题解法；Crank-Nicolson方法，结合显式和隐式方法的优点。时间离散通常采用显式或隐式格式，空间离散则多采用中心差分。优缺点有限差分法的优点是概念直观、理论成熟、编程实现相对简单；特别适合规则几何形状和均匀网格。其局限性主要在于：处理复杂几何形状和不规则边界困难；对材料属性突变的问题不适用；高阶精度差分格式的稳定性分析复杂；网格质量对计算精度影响大。尽管如此，FDM在传热学教学和许多工程应用中仍广泛使用。有限元法1原理有限元法(FEM)是一种功能强大的数值分析技术，其基本思想是将复杂区域分割为简单的子区域(有限元)，在每个元素内用简单函数近似真实解。FEM基于变分原理或加权余量法，通过极小化能量泛函或余量来求解偏微分方程。与有限差分法关注点值不同，FEM关注整个求解区域内的近似函数。2实施步骤有限元分析的主要步骤包括：几何建模(创建计算域的几何表示)；网格划分(将计算域离散为有限元)；定义单元特性(如热导率矩阵)；组装全局方程(形成总刚度矩阵)；应用边界条件；求解方程组(获得节点温度)；后处理(计算热流、生成云图等)。现代FEM软件通常提供自动化工具简化这些步骤。3元素类型传热分析中常用的有限元类型包括：一维线性元素(如杆、梁)；二维元素(如三角形、四边形)；三维元素(如四面体、六面体)；特殊元素(如轴对称元素、无限元)。元素的阶数(线性、二次或高阶)和形函数的选择影响计算精度和效率。不同问题可能需要不同类型的元素以获得最佳结果。4优缺点有限元法的优势在于：处理复杂几何形状的能力强；适应不规则边界和局部网格加密；可以处理材料非均匀性和各向异性；易于处理复杂边界条件；可以与其他物理场(如流体、力学)耦合分析。其主要缺点是：计算成本较高；前处理工作量大；对网格质量敏感；数学基础较复杂。尽管如此，FEM已成为工程热分析的主流方法。商业CFD软件介绍商业计算流体动力学(CFD)软件为传热过程分析提供了强大工具。ANSYSFluent是最广泛使用的CFD软件之一，具有全面的物理模型、高效求解器和友好的用户界面，适用于广泛的工业应用。它擅长处理复杂流动、燃烧、多相流和传热问题，拥有完善的湍流模型和网格自适应功能。COMSOLMultiphysics的优势在于多物理场耦合能力，能同时模拟热传导、对流、辐射与电磁场、化学反应等耦合问题。其他主流软件还包括SiemensSTAR-CCM+(自动化程度高)、SOLIDWORKSFlowSimulation(集成CAD)、AutodeskCFD(用户友好)和OpenFOAM(开源软件)等。选择软件时应考虑问题特点、计算能力需求、用户支持和成本等因素。第七章：热传导在工程中的应用建筑节能热传导理论在建筑节能中扮演核心角色。建筑围护结构(墙体、屋顶、门窗)的传热性能直接影响建筑能耗和室内舒适度。通过合理选择保温材料(如矿棉、聚苯乙烯、聚氨酯)和优化结构设计(如断桥铝窗框、中空玻璃)，可显著降低热