毕渥数的物理意义是什么(传热学毕渥数)

我们在生活中是不是经常会有这样的疑问，比如为什么冬天的被子被打后感觉那么温暖？为什么要及时清除冰箱里的冰霜，否则耗电量会增加？为什么住新房比住旧房感觉更冷？

其实这些现象都离不开一个重要的物理量——导热系数。那么导热系数是多少呢？它的研究经历了哪些阶段？如何解释上面提到的现象？别急，先从导热系数的研究历史说起——导热系数的研究历史。

说起热导率的研究，要追溯到18世纪30年代。英国工业革命催生了“热传递”的兴起。

众所周知，热传递有三种方式——传导、对流和热辐射。三种传热模式基本理论的建立经历了一个特殊的过程。为了方便大家理解，我们先来看看他们的研究历史吧！

第一，热传导的研究

18世纪至19世纪初，英国化学家布莱克提出“热元素说”，认为热是一种没有质量和体积的流体物质，热元素可以进入一切物体。一个物体含有的热元素越多，它的温度就越高，反之亦然。这显然是一个错误的解释，因为它无法解释摩擦生热的现象。

1798年，伦福德钻枪筒产生大量热量，1799年，大卫摩擦两块冰产生热量并转化为水，推翻了这一假设，确立了热源来自物体本身内部的运动。

1804年，比弗根据实验提出单位时间、单位面积的热传导与两个表面的温差成正比，与壁厚成反比，比例系数就是材料的物理性质。

1822年，傅立叶发表了《热的解析理论》，正确总结了热传导的实验结果，被称为“傅立叶定律”。公式如下:

其中是单位时间传导的热量，材料的导热系数，A是热量通过的横截面积，垂直于横截面的温度变化率。

他导出的热传导微分方程是对热传导问题的正确数学描述，成为解决大多数工程热传导问题的出发点。所以傅立叶被公认为热传导理论的创始人。

传导过程的特点是物体各部分之间没有相对位移，能量是通过分子、原子和自由电子的热运动来传递的。固体、液体和气体都导热。

举个简单的例子，对于导电固体(比如金属)，自由电子的运动在热传导过程中起主要作用。

第二，对流传热

1823年，维纳提出流动方程可以应用于不可压缩流体。1845年斯托克斯完善了这个方程，建立了流体流动的基本方程。

1880年，雷诺提出了无量纲物理群(雷诺数)的概念。在1880-1883年期间，雷诺进行了大量的实验，发现从流动层到湍流的转变发生在雷诺数1800-2000之间。这一发现对于指导实验研究具有重要意义。

1904年，普朗特提出了边界层的概念。

1909年和1915年，努塞尔发表了两篇论文，对强制对流和自然对流的基本微分方程和边界条件作了量纲分析，得出了无量纲数之间的原理关系。

1921年，Borhausen受流动边界层概念的启发，研究了热边界层。1930年，他与施密特和贝克曼合作，成功地解决了空气体在垂直壁附近的自然对流换热。

纯流体的对流传热过程不同于传导过程。是物体各部分之间的相对位移，如热对流，热气向上扩散，冷气向下沉积，从而达到传热的效果。

第三，辐射传热

1889年，Lummer等人测量了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。

19世纪末，斯捷潘和玻尔兹曼建立了著名的斯捷潘-玻尔兹曼定律，即黑体辐射力与绝对温度的四次方成正比的定律。

1900年，普朗克提出了“能量量子”假说，即能量不是连续的，而是一个一个扩散的。

热辐射过程的特点是，它是自然界中各种物质以电磁波的形式传递热量的一种方式。这种方式不同于传导和对流，不需要介质，在真空条件下也可以辐射。它的热辐射能力取决于物体的温度。

导热系数与我们的生活密切相关。

讲了导热系数的研究历史，相信大家对它有了初步的了解。接下来我们要进入今天的重头戏——开头提到的生命现象和热导率有什么关系？想了解的朋友，一起往下看吧！

问题一:冬天，被子晒后拍。为什么感觉特别温暖？

要解释这个问题，首先，很自然的认为阳光照射后，由于太阳光(电磁波)的辐射传热，被子变暖了。但是，如果是在冬天的早晨，没有阳光或者阳光不强烈的时候，为什么拍打被子就能取暖呢？

原来，拍打被子后，大量空空气进入棉絮空，使被子蓬松，而空空气的导热系数远低于棉絮，使被子整体导热系数比拍打前低很多。导热系数越低，保温效果越好。所以拍打被子可以提高被子的保温效果，所以即使在阳光不足的情况下，被子也会变得更暖和。

问题二:为什么要及时清除冰箱里的冰霜，否则耗电量会增加？

解释这个问题，主要要考虑冰箱结霜前后的变化。冰箱制冷主要是通过减压后的液态制冷剂流汽化吸热。在蒸发器中，热量通过蒸发器的管壁传递给热空气体，从而降低冷藏室或冷冻室中热空气体的温度。在蒸发器的管壁和热空气体之间有一个热交换过程。如果冰箱的冷藏或冷冻室的壁温很低，热空空气就会遇到冷凝，直接从气体变成固体，也就是“结霜”。产生的“霜”在蒸发器和热空空气之间形成热阻。因此，要使冷藏或冷冻室达到相同的温度，就必须使空。所以冰箱结霜时，如果不及时清除结霜，耗电量就会增加。

问题3:住新房和住旧房的感觉一样吗？

我们有没有这样的感觉，刚盖好的新房装修的时候会觉得很冷，但是住在老房子里会觉得比较温暖？其实这里也有热传导的知识。新房和旧房的区别主要体现在建材的含水量上。由于新房刚建好，其混凝土和各种涂料中含有较多的水分，填补了砖瓦的孔隙，使整面墙的含水率更高。在我住的老房子里，水是充分挥发的。由于水的导热系数(0.6W/(MK))远大于空气体的导热系数(0.026 w/(MK))，因此含水壁的导热系数(1.0W/(MK))大于干壁的导热系数(0.35W/(MK))。

问题四:北方寒冷地区，砌砖用实心砖好还是空芯砖好？

这个问题的解释和问题1类似。主要问题是空芯砖含有大量空气体，空气体的导热系数远小于砖本身。导热系数越小，墙体的保温效果越好。所以使用空芯砖可以更好的起到保温的作用。事实上，在建筑设计中，建筑保温是一个重要的考虑因素。除了砖，其他如地板保温，室内墙保温，屋顶保温和外墙保温也广泛使用。下层的挤塑板和外墙的岩棉都是重要的建筑保温材料。这些材料通常具有多孔结构，其中一些甚至具有超过99%的孔隙率。他们的目的是利用导热系数远低于固体的空气体来实现隔热。