传热学的发展经历了从基础科学到技术科学的阶段:早期的传热学属于数学家与物理学家:傅立叶,玻尔兹曼,普朗可,直到巴克海姆(Buckingheim),努谢尔以及俄国一批科学家费截尔曼,基尔比切夫建立了相似原理才使传热学从理论科学走向技术科学,在工程应用中起到重大的作用。
那就先随我来看看早期的数学家和物理学家是怎么探索和研究热与传热以及怎么逐步的转为工程技术应用的历程。
地球能成为上帝宠儿,那是因为地球上有高级的生命体-人,这里生活着真神的子民,我还没有发现那篇新闻报道说某科学家发现其他生命体也有他们信仰的上帝。
人们在几千年前就相信了上帝,赞美上帝创造了地球、太阳和宇宙,太阳的光芒使我们生活的这个星球生机勃勃,太阳给了这个地球光和热。所以人们很自然的赞美太阳,很自然的就将注意力集中到了对光和热的研究和探索中了。在这我们就说热吧。热是什么?很早很早,人们就知道热,热是一种感受,这种感受是寒冷的还是炎热的还是温暖的。温度这个概念就逐步的建立了起来,其实温度仅仅是热的表象,温度是热所含有能量的势,而热的真正含义是,热是能量,是物理的、机械的以及化学的能量实质。由于在对热的认识过程中人们过分的对温度加以重视,所以热的实质热的本质就被忽略了,以至于人们错误的认为热是一种物质,一种看不见摸不着的物质,这就是热质说,这种对热的错误理解和认识,一直以来影响着人们热的本质认识,就连那个伟大的法国工程师卡诺也认同热质说,使之与热力学第二定理的发现擦肩而过,留下了一个令后人扼腕叹息的科学遗憾。
18世纪,我们知道瓦特发明了蒸汽机,人类找到了把热能转变为机械能的具体方法。蒸汽机的问世使人类进入了工业社会,生产力得到快速发展。但当时蒸汽机的效率非常低,一般只能达到50%左右。于是,改进蒸汽机,提高其热效率,就成为许多科学家和工程师毕生追求的目标。法国工程师卡诺就是其中杰出代表。他认为,要想改进热机,只有从理论上找出依据。卡诺从热力学理论的高度着手研究热机效率,他研究的结论,就是人们总结的卡诺定理,卡诺从理论上论证了热机存在极限和可逆卡诺热机的效率最大,这为改进蒸汽机做出了重大的理论突破,同时为热力学的进一步发展奠定了坚实的基础。
热是一种能量,温度只是热这种能量的表象,卡诺在思考热机效率的问题时,曾经说过这样一句话:“我们可以恰当地把热的动力和一个瀑布的动力相比,瀑布的动力依赖于它的高度和水量,热的动力则依赖于所用热素和我们可以称之为热素的下落速度,即交换热素的物体之间的温度差。”这句话如果没有热质(卡诺原话中的“热素”)的思想,那它实际就是热力学第二定理的卡诺表述了。同时我们由上面这个公式可以看出,热机效率只决定於两个工作热源之间的温度差而与工质无关。对于热是能量的说法,也是卡诺第一个给出了明确的答案,我们可以在卡诺1830年所写的一篇论文草稿中看出,卡诺明确指出:“热不是别的东西,而是动力(能量),或者可以说是改变了形态运动,它是一种运动。”又说:“动力(能量)是自然界的一个不变量。准确地说,它既不能产生,也不能消灭。实际上它只改变它的形式,也就是说,它有时引起一种运动,有时则引起另一种运动,但决不消灭。”卡诺的这些论述说明已非常接近发现热力学第一定律,并在这以前实际上已发现了热力学第二定律,并以这些发现为基础,提出了理想热机的热力循环理论以及一种高压缩型的自燃热机的设想,卡诺正式奠定了热力学的理论基础。而卡诺的热力学成就也就为能量守恒和转化定律的发现直接铺平了理论道路。
在这我想说:“如果你是一个从业于锅炉行业的工程技术人员,那就请你永远的记住这个法国工程师-卡诺”。
卡诺就如同天文学界的哥白尼,物理学界的牛顿,化学界的拉瓦锡,卡诺开创了热力学的新天地,使热力学作为物理专业的一个新课题,奠定了其牢固的学科基础。锅炉就是属于这一学科研究范畴之内的一个具体的技术或工程技术问题。当然我们在这就是要帮大家一起搞清楚锅炉具体的应用技术。
首先我们要知道热力学与传热学的区别,传热学是属于热力学下属的又一个独立的学科范畴。热力学是研究普遍热现象的学科,偏重于对能量的研究,能量的大小性质,热能与机械能以及其他化学能等等不同能量之间的转化规律的学科,研究的是系统平衡,用以计算用多少热能才可以由一种平衡状态转换成另一种平衡状态。而传热学则是基于热力学第一定律和热力学第二定律,研究的是热传导过程需要的速度以及传导了多少能量用了多少时间等。所以更加具体的说,锅炉是热传导学科下的一项专业技术应用的项目。
感谢大家的耐心,我们终于能够开始将注意力和精力放在一门独立的学科上来研究问题了。
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