傳熱學

前言

“安全工程”本科專業(yè)是在1958年建立的“工業(yè)安全技術”、“工業(yè)衛(wèi)生技術”和1983年建立的“礦山通風與安全”本科專業(yè)基礎上發(fā)展起來的。1984年，國家教委將“安全工程”專業(yè)作為試辦專業(yè)列入普通高等學校本科專業(yè)目錄之中。1998年7月6日，教育部發(fā)文頒布《普通高等學校本科專業(yè)目錄》，“安全工程”本科專業(yè)(代號：081002)屬于工學門類的“環(huán)境與安全類”(代號：0810)學科下的兩個專業(yè)之一。據(jù)“安全工程專業(yè)教學指導委員會”1997年的調查結果顯示，自1958～1996年底，全國各高校累計培養(yǎng)安全工程專業(yè)本科生8130人。近年，安全工程本科專業(yè)得到快速發(fā)展，到2005年底，在教育部備案的設有安全工程本科專業(yè)的高校已達75所，2005年全國安全工程專業(yè)本科招生人數(shù)近3900名。按照《普通高等學校本科專業(yè)目錄》(1998)的要求，原來已設有與“安全工程專業(yè)”相近但專業(yè)名稱有所差異的高校，現(xiàn)也大都更名為“安全工程”專業(yè)。專業(yè)名稱統(tǒng)一后的“安全工程”專業(yè)，專業(yè)覆蓋面大大拓寬。同時，隨著經(jīng)濟社會發(fā)展對安全工程專業(yè)人才要求的更新，安全工程專業(yè)的內(nèi)涵也發(fā)生很大變化，相應的專業(yè)培養(yǎng)目標、培養(yǎng)要求、主干學科、主要課程、主要實踐性教學環(huán)節(jié)等都有了不同程度的變化，學生畢業(yè)后的執(zhí)業(yè)身份是注冊安全工程師。但是，安全工程專業(yè)的教材建設與專業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)尚不適應的新情況，無法滿足和適應高等教育培養(yǎng)人才的需要。為此，組織編寫、出版一套新的安全工程專業(yè)系列教材已成為眾多院校的翹首之盼。機械工業(yè)出版社是有著．50多年歷史的國家級優(yōu)秀出版社，在高等學校安全工程學科教學指導委員會的指導和支持下，根據(jù)當前安全工程專業(yè)教育的發(fā)展現(xiàn)狀，本著“大安全”的教育思想，進行了大量的調查研究工作，聘請了安全科學與工程領域一批學術造詣深、實踐經(jīng)驗豐富的教授、專家，組織成立了“安全工程專業(yè)教材編審委員會”(以下簡稱“編審委”)，決定組織編寫“高等教育安全工程系列‘十一五’規(guī)劃教材”。并先后于2004．8(衡陽)、2005．8(葫蘆島)、2005．12(北京)、．2006．4(福州)組織召開了一系列安全工程專業(yè)本科教材建設研討會，就安全工程專業(yè)本科教育的課程體系、課程教學內(nèi)容、教材建設等問題反復進行了研討。在總結以往教學改革、教材編寫經(jīng)驗的基礎上，以推動安全工程專業(yè)教學改革和教材建設為宗旨，進行頂層設計，制訂總體規(guī)劃、出版進度和編寫原則，計劃分期分批出版近30余門課程的教材，以盡快滿足全國眾多院校的教學需要，以后再根據(jù)專業(yè)方向的需要逐步增補。由安全學原理、安全系統(tǒng)工程、安全人機工程學、安全管理學等課程構成的學科基礎平臺課程，已被安全科學與工程領域學者認可并達成共識。本套系列教材編寫、出版的基本思路是，在學科基礎平臺上，構建支撐安全工程專業(yè)的工程學原理與由關鍵性的主體技術組成的專業(yè)技術平臺課程體系，編寫、出版系列教材來支撐這個體系。本系列教材體系設計的原則是，重基本理論，重學科發(fā)展，理論聯(lián)系實際，結合學生現(xiàn)狀，體現(xiàn)人才培養(yǎng)要求。為保證教材的編寫質量，本著“主編負責，主審把關”的原則，編審委組織專家分別對各門課程教材的編寫大綱進行認真仔細的評審。教材初稿完成后又組織同行專家對書稿進行研討，編者數(shù)易其稿，經(jīng)反復推敲定稿后才最終進入出版流程。作為一套全新的安全工程專業(yè)系列教材，其“新”主要體現(xiàn)在以下幾點：體系新。本套系列教材從“大安全”的專業(yè)要求出發(fā)，從整體上考慮各門課程的內(nèi)容安排，構建支撐安全工程學科專業(yè)技術平臺的課程體系，按照教學改革方向要求的學時，統(tǒng)一協(xié)調與整合，形成一個完整的、各門課程之間有機聯(lián)系的系列教材體系。內(nèi)容新。本套系列教材的突出特點是內(nèi)容體系上的創(chuàng)新。它既注重知識的系統(tǒng)性、完整性，又特別注意各門學科基礎平臺課之間的關聯(lián)，更注意后續(xù)的各門專業(yè)技術課與先修的學科基礎平臺課的銜接，充分考慮了安全工程學科知識體系的連貫性和各門課程教材間知識點的銜接、交叉和融合問題，努力消除相互關聯(lián)課程中內(nèi)容重復的現(xiàn)象，突出安全工程學科的工程學原理與關鍵性的主體技術，有利于學生的知識和技能的發(fā)展，有利于教學改革。知識新。本套系列教材的主編大多由長期從事安全工程專業(yè)本科教學的教授擔任，他們一直處于教學和科研的第一線，學術造詣深厚，教學經(jīng)驗豐富。在編寫教材時，他們十分重視理論聯(lián)系實際，注重引入新理論、新知識、新技術、新方法、新材料、新裝備、新法規(guī)等理論研究、工程技術實踐成果和各校教學改革的階段性成果，充實與更新了知識點，增加部分學科前沿方面的內(nèi)容，充分體現(xiàn)了教材的先進性和前瞻性，以適應時代對安全工程高級專業(yè)技術人才的培育要求。本套教材中凡涉及安全生產(chǎn)的法律法規(guī)、技術標準、行業(yè)規(guī)范，全部采用最新頒布的版本。安全是人類最重要和最基本的需求，是人民生命與健康的基本保障。一切生活、生產(chǎn)活動都源于生命的存在。如果人們失去了生命，生存也就無從談起，生活也就失去了意義。全世界平均每天發(fā)生約68．5萬起事故，造成約2200人死亡的事實，使我們確認，安全不是別的什么，安全就是生命。安全生產(chǎn)是社會文明和進步的重要標志，是經(jīng)濟社會發(fā)展的綜合反映，是落實以人為本的科學發(fā)展觀的重要實踐，是構建和諧社會的有力保障，是全面建設小康社會、統(tǒng)籌經(jīng)濟社會全面發(fā)展的重要內(nèi)容，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的組成部分，是各級政府履行市場監(jiān)管和社會管理職能的基本任務，是企業(yè)生存、發(fā)展的基本要求。國內(nèi)外實踐證明，安全生產(chǎn)具有全局性、社會性、長期性、復雜性、科學性和規(guī)律性的特點，隨著社會的不斷進步，工業(yè)化進程的加快，安全生產(chǎn)工作的內(nèi)涵發(fā)生了重大變化，它突破了時間和空間的限制，存在于人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)活動的全過程中，成為一個復雜多變的社會問題在安全領域的集中反映。安全問題不僅對生命個體非常重要，而且對社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生重要影響。黨的十六屆五中全會首次提出“安全發(fā)展”的重要戰(zhàn)略理念。安全發(fā)展是科學發(fā)展觀理論體系的重要組成部分，安全發(fā)展與構建和諧社會有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，以人為本，首先就是要以人的生命為本。“安全-生命·穩(wěn)定·發(fā)展”是一個良性循環(huán)。安全科技工作者在促進、保證這一良性循環(huán)中起著重要作用。安全科技人才匱乏是我國安全生產(chǎn)形勢嚴峻的重要原因之一。加快培養(yǎng)安全科技人才也是解開安全難題的鑰匙之一。高等院校安全工程專業(yè)是培養(yǎng)現(xiàn)代安全科學技術人才的基地。我深信，本套系列教材的出版，將對我國安全工程本科教育的發(fā)展和高級安全工程專業(yè)人才的培養(yǎng)起到十分積極的推進作用，同時，也為安全生產(chǎn)領域眾多實際工作者提高專業(yè)理論水平提供了學習資料。當然，由于這是第一套基于專業(yè)技術平臺課程體系的教材，盡管我們的編審者、出版者夙興夜寐，盡心竭力，但由于安全學科具有在理論上的綜合性與應用上的廣泛性相交叉的特性，開辦安全工程專業(yè)的高等院校所依托的行業(yè)類型又涉及軍工、航空、化工、石油、礦業(yè)、土木、交通、能源、環(huán)境、經(jīng)濟等諸多領域，安全科學與工程的應用也涉及到人類生產(chǎn)、生活和生存的各個方面，因此，本套系列教材依然會存在這樣和那樣的缺點、不足，難免掛一漏萬，誠懇地希望得到有關專家、學者的關心與支持，希望選用本套教材的廣大師生在使用過程中給我們多提意見和建議。謹祝本系列教材在編者、出版者、授課教師和學生的共同努力下，通過教學實踐，獲得進一步的完善和提高。“嚶其鳴矣，求其友聲”，高等院校安全工程專業(yè)正面臨著前所未有的發(fā)展機遇，在此我們祝愿各個高校的安全工程專業(yè)越辦越好，辦出特色，為我國安全生產(chǎn)戰(zhàn)線輸送更多的優(yōu)秀人才。讓我們共同努力，為我國安全工程教育事業(yè)的發(fā)展作出貢獻。中國科學技術協(xié)會書記處書記中國職業(yè)安全健康協(xié)會副理事長中國災害防御協(xié)會副會長亞洲安全工程學會主席高等學校安全工程學科教學指導委員會副主任安全工程專業(yè)教材編審委員會主任北京理工大學教授、博士生導師

內(nèi)容概要

　　本書分10章，系統(tǒng)地介紹了穩(wěn)態(tài)導熱、非穩(wěn)態(tài)導熱、對流傳熱、相變傳熱、熱輻射、傳質以及復合換熱等傳熱學的主要理論與方法。對安全工程以及人機與環(huán)境工程中常遇到的傳熱、傳質問題設置了專題，進行了扼要的討論。另外，還特別對航空、航天以及工程熱科學中常遇到的熱安全與熱防護方面的問題在相關章節(jié)中作了詳細的講解；本書中還對流動與傳熱方面的常用軟件進行了介紹?！　”緯勺鳛楦叩壤砉ぴ盒０踩こ填悓I(yè)、人機與環(huán)境工程類專業(yè)以及航空航天類、交通運輸類、武器類、機械類、能源動力類等專業(yè)的本科教材，也可作為相關專業(yè)的研究生教材。另外，可作為有關教師、科技人員的參考書。本書目錄中注以“*”標注的章節(jié)．對本科生可不作要求，可作為研究生課程的講授內(nèi)容。

作者簡介

王保國，教授，北京市教學名師。1947年生于山東臨清，大學畢業(yè)后曾在國防科工委從事過8年的殲擊飛機新機方案論證預研工作，該項目后來榮獲國家科學技術進步一等獎。后在中國科學院學習與工作16年，期間獲碩士、博士學位，并進行了3年半的博士后研究，于1993年榮獲國家勞動人事部全國優(yōu)秀博士后獎，成為1986～1993年間全國50名獲獎人之一。另外，他在中國科學院工作期間，完成了4項國家級重點攻關項目和3項國家自然科學基金項目，曾3次榮獲中國科學院科技進步獎，為主要獲獎人。 王教授在清華大學任教授與博導的10年間，曾2次榮獲清華大學教學優(yōu)秀獎。他兼任清華大學職稱評審委員會委員；曾任清華大學深圳研究院人才部部長，并長期擔任清華大學流體力學教研室副主任。從2003年起，以知名教授、學科帶頭人的方式引進到北京理工大學任教，先后創(chuàng)建了該校兩個二級學科（即人機與環(huán)境工程、工程熱物理），并首任這兩個學科的帶頭人。王教授已經(jīng)出版了《氣體動力學》、《葉輪機械跨聲速及亞聲速流場的計算方法》、《傳熱學》和《安全人機工程學》4部學術專著與精品教材，其中《氣體動力學》為國防科工委“十五”規(guī)劃重點教材并榮獲北京市高等教育精品教材榮譽稱號。另外還合編了大型工具書《工程應用力學手冊》，發(fā)表論文180余篇（其中包括國際重要學報及國際會議（英文）的有76篇），這些文章發(fā)表在《AIAA》、《ASME》、《International．Journal for Numerical Methods in Fluids》、《應用數(shù)學和力學》、《力學學報》、《空氣動力學學報》、《航空學報》、《航空動力學報》、《工程熱物理學報》、《清華大學學報》等國內(nèi)外著名學報上。 王教授是“國家科學技術進步獎”的評審專家，是中國科學院“知識創(chuàng)新工程”評定委員會的評審委員。他曾于1998年榮獲英國劍橋杰出成就獎（Gold StarAward）。于2000年榮獲美國Barons who’s who頒發(fā)的NewCentury Global 500 Award獎。此外，還擔任國際英文版雜志《Interxmtional Journal of Man—Machine-EnvironmentSystem Engineering》的編委。 王教授現(xiàn)任北京理工大學宇航學院教授、博士生導師、流體力學博士點二級學科帶頭人，航空宇航、兵器與力學學科學位委員會委員，中國人類工效學學會副理事長，人機工程委員會主任；另外，還擔任全國人—機—環(huán)境委員會副秘書長，中國空氣動力學會理事，北京熱物理與能源工程學會理事，中國交通運輸協(xié)會交通運輸安全委員會委員。

書籍目錄

序一序二前言第1章　傳熱的基本方式與傳熱問題的研究方法1.1 傳熱學研究的對象及其在工程中的應用1.2 熱能傳遞的三種基本方式以及傳熱過程與相關系數(shù)1.3 傳熱問題的研究方法習題參考文獻第2章　導熱的基本原理及其穩(wěn)態(tài)導熱過程的分析與求解2.1 導熱的基本定律與導熱特性2.2 導熱微分方程及其定解條件2.3 一維穩(wěn)態(tài)導熱分析2.4 準一維擴展表面的導熱計算2.5 具有內(nèi)熱源的導熱及多維導熱問題的求解習題參考文獻第3章　非穩(wěn)態(tài)導熱過程的分析與計算3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念及其特點3.2 集總參數(shù)分析法3.3 一維非穩(wěn)態(tài)導熱的分析解與諾謨圖3.4 二維與三維非穩(wěn)態(tài)導熱問題的求解3.5 三種邊界條件下半無限大物體非穩(wěn)態(tài)導熱的分析3.6 周期性變化邊界條件下非穩(wěn)態(tài)導熱問題的初步分析習題參考文獻第4章　對流換熱過程的數(shù)學描述以及強迫與自然對流換熱的分析4.1 對流換熱問題的概述以及基本方程組與邊界條件4.2 邊界層概念及速度邊界層與熱邊界層的分析4.3 層流強迫對流流動時的分析與計算4.4 湍流強迫對流流動時的分析與比擬4.5 內(nèi)流與外部繞流中對流換熱的工程計算以及實驗關聯(lián)武4.6 無限大空間與有限空間自然對流換熱的分析4.7 高速流動下的對流換熱分析與實驗關聯(lián)式習題參考文獻第5章　高換熱速率、有相變的對流換熱現(xiàn)象及其基本規(guī)律研究5.1 相變換熱的基本概念與凝結換熱的概述5.2 層流與湍流膜狀凝結換熱的分析5.3 沸騰換熱現(xiàn)象的概述及沸騰換熱的計算5.4 相變換熱的強化技術及熱管技術簡介習題參考文獻第6章　熱輻射的物理基礎與相關的計算方法6.1 熱輻射的基本概念及基本特點6.2 黑體熱輻射的基本性質及四大基本定律6.3 實際表面的輻射與吸收特性以及相關定律6.4 漫發(fā)射與漫反射表面之間的輻射換熱以及角系數(shù)的計算6.5 封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射換熱計算6.6 氣體輻射及其計算方法6.7 火焰輻射6.8 太陽輻射習題參考文獻第7章　復合換熱的分析與計算7.1 總傳熱過程、總傳熱系數(shù)以及定性溫度7.2 對流與導熱的復合換熱分析7.3 導熱與輻射的復合換熱分析7.4 輻射與對流的復合換熱分析7.5 對流、導熱與輻射的復合換熱計算7.6 傳熱的增強或減弱習題參考文獻第8章　傳質擴散現(xiàn)象及其基本規(guī)律的分析8.1 質擴散及其基本定律8.2 對流傳質過程的特征數(shù)以及三傳的類比8.3 液體蒸發(fā)時傳熱傳質交換過程的分析習題參考文獻第9章　安全工程中的幾個傳熱、傳質專題9.1 火災及相應模型的初步分析9.2 毒物泄漏的后果分析9.3 余熱鍋爐及其關鍵部件的傳熱計算9.4 氣相爆炸與粉塵爆炸9.5 高速飛行器重返大氣層時的熱防護習題參考文獻第lO章　數(shù)值傳熱學初步及相關計算軟件簡介10.1 數(shù)值傳熱學與計算流體力學之間的關聯(lián)與區(qū)別10.2 流動與傳熱控制方程組的統(tǒng)一形式及定解條件10.3 sIMPLE算法扼要介紹10.4 計算傳熱學的有限元法、邊界元法、有限分析法以及有限體積法10.5 計算傳熱學中常用的商業(yè)軟件簡介習題參考文獻附錄附錄A　常用金屬材料的熱物性參數(shù)附錄B　保溫、耐火材料的熱物性參數(shù)附錄C　干空氣的熱物理性質（p=1.01325~~105Pa）附錄D　煙氣的熱物理性質（p=1.01325x105Pa）附錄E　干飽和水蒸氣的熱物理性質附錄F　過熱水蒸氣的熱物理性質（p=1.01325*105Pa）附錄G　幾種飽和液體的熱物理性質附錄H　生物材料的熱物理性質附錄I　幾種保溫、耐火材料的熱導率與溫度的關系附錄J　常用材料表面的法向發(fā)射率S0

章節(jié)摘錄

第1章　傳熱的基本方式與傳熱問題的研究方法1.1 傳熱學研究的對象及其在工程中的應用1.1.1　傳熱學研究的對象及其與熱力學的關系傳熱學是研究在溫差作用下所發(fā)生的熱能傳遞過程，是研究熱能傳遞規(guī)律的一門學科。它與研究平衡狀態(tài)下機械能與熱能之間相互轉換規(guī)律的熱力學共同構成了熱科學的理論基礎。熱力學第二定律指出，熱能總是自發(fā)地、不可逆地從高溫處傳向低溫處。也就是說，凡是有溫差的地方就必定會有熱能的傳遞。在自然界的工程技術領域中，溫差是到處存在的，因此傳熱現(xiàn)象便普遍存在著心。應該指出，傳熱學在所討論的領域和所研究的目標上與熱力學既有密切的聯(lián)系，又有基本的區(qū)別。經(jīng)典熱力學特別注重研究系統(tǒng)的初始狀態(tài)與最終狀態(tài)之間熱力參數(shù)的變化，而且假設系統(tǒng)與外界之間的熱能交換是在無限小溫差下發(fā)生的無限緩慢平衡態(tài)的過程。顯然，熱力學不太關心熱能交換的內(nèi)在機理，也不關心熱交換過程進行的快慢，然而，這些問題在傳熱學中顯得十分重要，它不僅需要給出熱能傳遞速率的相關定律與規(guī)律，而且這些定律與規(guī)律的研究與應用還構成了傳熱學研究的基礎。換句話說，在傳熱學中僅使用熱力學第一定律和第二定律那是遠遠不夠的。

編輯推薦

《傳熱學》可作為高等理工院校安全工程類專業(yè)、人機與環(huán)境工程類專業(yè)以及航空航天類、交通運輸類、武器類、機械類、能源動力類等專業(yè)的本科教材，也可作為相關專業(yè)的研究生教材。另外，可作為有關教師、科技人員的參考書。

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