面向工程实际应用之平壁综合传热杂谈（一）

看似简单的人生道理，往往必须反复体验才能获得切实的感同身受。貌似简单的公式推导往往蕴藏着深刻的意义，而这些深意，也只有在实际工程应用中才能体会。

一、势差的思考

“落花不是无情物，化作春泥更护花”，彩色的花朵骄傲地向世间绽放后，便迎来了枯萎凋零，最终变成泥化作尘。无论是曾经多么娇美的花瓣，还是足以波动你心弦的脸庞，不可避免地都将消失，不复存在。

世间的一切都正在，也将一直从高度有序走向最终的混乱无序。至少到目前，我们仍然无法逃脱热力学第二定律的束缚。当我们赞叹一件美好事物如此巧夺天工，如此叹为观止、如此让人心灵震撼的同时，毫无疑问，您也下意识地接受了这类事物具有高度有序性的事实。那么它同时也就具有了一种趋势，一种持续走向无序性的趋势，这种趋势可以理解为一种推动力，它正推动着一切事物不断地趋近混乱，并重新达到新的均衡。

“近朱者赤，近墨者黑”。一滴墨水滴入清水，不加干预，溶液最终变成了同一种颜色。我们知道，推动两种物质混合，最终达到均匀的这种趋势，就是物质的浓度差。我们是不是可以这么理解，无论什么自然现象，同一类事物范畴内，只要有了不同，有了差别，那就具有了趋向统一和均匀的动力。这种情况当然也符合热力学第二定律。

热学的研究，较多借鉴了电学的理论思路和知识框架。笼统地说：电路中的不同位点，不同电器元件两端都具有不同的电位，存在电位差，这也就形成了电压。这里也可是理解为电势差。电压驱动电流克服电气元件的电阻流动，使电气设备正常工作，对外做功。同样地，如果物体间或同一物体的不同部分存在温差，那温差也是一种驱动力，它将驱动热流（热能）从导热体的高温位点流向低温位点，随着时间的推移，温度趋向一致，温差不在存在，物体间或物体中，最终形成了均匀一致的温度分布。

二、热阻的思考

多层平壁传热的问题，是工程上经常遇到的实际问题。比如隧道窑窑壁和窑顶的散热量计算，钟罩窑的窑壁传热量计算，以及其他可能类比的多层平壁散热量计算问题。都可以用到以下综合传热计算公式：

这个公式其实就是类比了电学中的电压除以电阻等于电流的公式。其中，t₂-t₁是平壁两端高低温流体的温差；q是多层平壁综合传热量；h₂是高温炉内壁与热流体（烟气）之间的对流辐射综合传热系数；h₁则是炉外冷壁面与冷流体（环境空气）之间的对流辐射综合传热系数；κ_i是中间各层导热系数；δ_i是中间各层的厚度；而K是综合传热系数，公式为：

其中是多层壁的内热阻，1/h₂和1/h₁是外热阻。而多层平壁的综合热阻为:

对比电学电流计算公式。我们在计算传热量的时候，往往不需要首先计算出热阻，然后用温差去除以热阻求散热量。因为，热阻与综合导热系数互为倒数，我只要知道导热系数，直接就可以利用傅里叶定律求出换热量，没有必要先计算热阻，然后用温差再进行相除求得传热量。这里的热阻仅仅是帮助我们类比性地理解，没有实际计算意义。

但是热阻的表现形式（即与温差的关系）是有意义的。工程上，我们可以通过热阻的概念结合相对容易测量的温差，来对一些问题进行的快速判断应用。

三、温差的应用

在热工设备中，我们往往通过温度测量设备，比较容易获得设备内外壁面处流体的温度，窑炉稳定运行时，其内部的温度也就相对确定，我们可以通过判断外壁面的温度来评估该处窑壁的热阻大小（温差大则热阻大，同电学一样，电阻大，则电阻上降落的电压就大），进而判断此处的保温材料的保温效果好坏。

比如，隧道窑烧成带，某一节窑车位置处，该处窑内温度取定值时，其外壁温度，可测量获得。

（a）如果发现更换保温材料后，该处的外壁面温度有所降低，即温差加大，那么说明该处多层炉壁的热阻较大，外部散失热量也就相应减少，该保温材料相比原来的保温材料保温效果要好。

（b）如果日常对窑壁进行了温度数据的监控记录，并定期进行巡检，某一天发现该处的窑壁温度突然升高，即内外温差加大，那有可能说明该处的保温材料有脱落或者损坏。

（c）同样的道理，也适用于水泥回转窑的内保温材料保温性能的判断上，只不过综合传热的计算公式为多层圆筒壁传热公式，但道理相近。

（d）当我们在分析计算多个换热环节的时候，可能很难获取其不同环节的换热系数的数值，那么我们可以通过测定不同换热环节的温度值，得到相对应的温差，通过判断温差大小，来判断热阻的大小，进而定性地判断各环节换热系数的大小，具体地，从温差大，可得到热阻大，于是可推出换热系数小。这样的定性判断过程，其实对我们的实际工作是极其重要的。