傳熱學(xué)

前言

能源危機和環(huán)境污染使當今社會的發(fā)展面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，節(jié)能減排已成為世界各國的共同目標，因此，作為講述熱能有效、合理利用、轉(zhuǎn)換和傳遞技術(shù)的熱物理基礎(chǔ)課程，不僅應(yīng)是大工程觀下能源動力類專業(yè)高等工程教育中的重要理論基礎(chǔ)課，而且也應(yīng)是21世紀所有大工程觀下工程專業(yè)學(xué)生的公共理論基礎(chǔ)課。傳熱是自然界最普遍的現(xiàn)象之一，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都有著廣泛的應(yīng)用。認識傳熱的規(guī)律、掌握優(yōu)化與控制熱量傳遞的方法和技術(shù)是高等工程技術(shù)人才必備的基本知識與技能。傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的門學(xué)科，傳熱學(xué)與其他學(xué)科領(lǐng)域，如機械工程、材料、石油化工、環(huán)境控制工程、電子技術(shù)、信息工程、航天、生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展關(guān)系密切，不斷深入到這些學(xué)科領(lǐng)域，形成邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科。傳熱工程技術(shù)是根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實踐的需要而蓬勃發(fā)展起來的先進科學(xué)技術(shù)，在能源、電力、冶金、動力機械、石油、化工、低溫、建筑以及航空航天等許多工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。在大工程觀下高等工程技術(shù)人才的培養(yǎng)方案中，傳熱學(xué)課程是整個工程專業(yè)課程體系的重要的熱工基礎(chǔ)課程，應(yīng)著力進行改革，為培養(yǎng)具有熱物理工程技術(shù)的大工程觀”的高級工程技術(shù)人才打好傳熱學(xué)基礎(chǔ)。本書是湖南省教研教改項目“熱能與動力工程專業(yè)以熱動力設(shè)備排放污染及控制為特色的創(chuàng)新課程體系構(gòu)建與實踐”和湖南大學(xué)教研教改項目“大工程觀背景下熱物理基礎(chǔ)課程改革與實踐”中的部分研究成果，是由中國水利水電出版社組織出版的能源與動力工程專業(yè)本科系列21世紀高等學(xué)校精品規(guī)劃教材之一。本書是編者按照熱能與動力工程專業(yè)傳熱學(xué)本科教學(xué)要求編寫的，力求精練、系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射以及工程應(yīng)用實例，共10章。

內(nèi)容概要

本書是一部以熱能與動力工程專業(yè)本科生為教學(xué)主體的教材，在內(nèi)容上既有廣度，又有深度，力求精煉、簡明、扼要，做到理論與實際緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生實際運用知識的能力?！　”緯?0章，主要內(nèi)容包括緒論、熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射、傳熱過程與換熱器、工程應(yīng)用實例及附錄等。每章都有一定數(shù)量的例題，可幫助學(xué)生加深對知識的理解；除第10章外，每章后面都附有一定數(shù)量的思考題和習(xí)題，可供學(xué)生深入學(xué)習(xí)時參考?！　”緯勺鳛楦叩葘W(xué)校能源動力類、機械類、土建類、環(huán)境與安全類、交通運輸類等的教材或教學(xué)參考書，也可供其他專業(yè)選用和有關(guān)科技人員參考。

書籍目錄

前言 主要符號對照表 第1章 緒論 　1.1 熱量傳遞的基本方式和傳熱過程 　　1.1.1 熱量傳遞的基本方式 　　1.1.2 傳熱過程 　1.2 傳熱學(xué)的主要研究方法 　本章小結(jié) 　思考題 　習(xí)題 第2章 導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 　2.1 導(dǎo)熱的基本概念和定律 　　2.1.1 導(dǎo)熱基本概念 　　2.1.2 導(dǎo)熱基本定律 　　2.1.3 熱導(dǎo)率 　2.2 導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述 　　2.2.1 導(dǎo)熱微分方程 　　2.2.2 單值性條件 　2.3 典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解 　　2.3.1 平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 　　2.3.2 圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 　　2.3.3 球壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 　2.4 其他導(dǎo)熱問題的求解 　　2.4.1 肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 　　2.4.2 多維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的形狀因子解法 　　2.4.3 接觸熱阻 　本章小結(jié) 　思考題 　習(xí)題 第3章 非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 　3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的基本概念 　3.2 零維問題的分析解法 　3.3 典型一維物體非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解 　　3.3.1 無限大平壁冷卻或加熱問題的分析解 　　3.3.2 關(guān)于分析解的討論 　　3.3.3 諾模圖 　3.4 其他多維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解 　本章小結(jié) 　思考題 　習(xí)題 第4章 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題數(shù)值解法 　4.1 數(shù)值解法的基本思想 　4.2 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題的數(shù)值解法 　　4.2.1 有限差分法的應(yīng)用 　　4.2.2 節(jié)點溫度差分方程組的求解方法 　本章小結(jié) 　思考題 　習(xí)題 第5章 對流傳熱理論基礎(chǔ) 　5.1 對流傳熱概述 　　5.1.1 牛頓冷卻公式與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 　　5.1.2 對流傳熱的影響因素 　　5.1.3 對流傳熱的分類 　5.2 對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描述 　　5.2.1 對流傳熱過程中表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算 　　5.2.2 能量微分方程 　　5.2.3 對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描述 　5.3 邊界層型對流傳熱問題的數(shù)學(xué)描述 　　5.3.1 流動邊界層 　　5.3.2 熱邊界層 　　5.3.3 對流傳熱微分方程組的簡化 　5.4 流體外掠平板傳熱層流的分析解 　　5.4.1 速度場的求解結(jié)果 　　5.4.2 溫度場的求解結(jié)果 　本章小結(jié) 　思考題 　習(xí)題 第6章 單相對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式 第7章 相變對流傳熱 第8章 熱輻射與輻射傳熱計算 第9章 傳熱過程與換熱器 第10章 工程應(yīng)用實例 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生獲得比較寬廣和扎實的熱量傳遞規(guī)律的基礎(chǔ)知識，具備分析工程傳熱問題的基本能力，掌握計算工程傳熱問題的基本方法，并具有相應(yīng)的計算能力及一定的實驗技能。本章首先簡要介紹了傳熱學(xué)的研究對象及其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工程應(yīng)用中的地位，以使讀者明確學(xué)習(xí)本課程的目的和意義；介紹了熱量傳遞的基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射，并引入了熱阻的概念，對傳熱過程作了簡單的分析；最后介紹了傳熱學(xué)的基本研究方法。1.1 熱量傳遞的基本方式和傳熱過程傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的一門學(xué)科。熱力學(xué)第二定律指出：熱量總是自發(fā)地、不可逆地從高溫處傳向低溫處，即有溫差存在的地方就有熱量的傳遞。由于溫差廣泛存在于自然界和日常生活中，因此熱量傳遞是一種普遍的自然現(xiàn)象。認識傳熱的規(guī)律、掌握控制與優(yōu)化熱量傳遞的方法和技術(shù)是傳熱學(xué)研究的基本內(nèi)容。在傳熱學(xué)中不僅應(yīng)用熱力學(xué)第一定律和第二定律，而且還需引入能確定熱量傳遞速率的有關(guān)定律，對這些定律的研究和應(yīng)用，構(gòu)成了傳熱學(xué)研究的基礎(chǔ)。傳熱學(xué)還與其他學(xué)科領(lǐng)域，如機械工程、材料、石油化工、環(huán)境控制工程、電子技術(shù)、信息工程、航天、生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展關(guān)系密切，不斷深入這些學(xué)科領(lǐng)域，形成邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科，如電子技術(shù)中為超大規(guī)模集成電路的冷卻而產(chǎn)生的微尺度和毫微尺度傳熱問題、航天領(lǐng)域中為航天器、載人飛船的熱控制而產(chǎn)生的微、零重力條件下的傳熱問題以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的生物體內(nèi)的傳熱問題等。由此可見，傳熱學(xué)的應(yīng)用非常廣泛，在許多高科技領(lǐng)域，傳熱學(xué)知識都發(fā)揮著極其重要的作用。傳熱工程技術(shù)是根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實踐的需要而蓬勃發(fā)展起來的先進科學(xué)技術(shù)，在能源、電力、冶金、動力機械、石油、化工、低溫、建筑以及航空航天等許多工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。例如，能源開發(fā)與利用以及工業(yè)生產(chǎn)中高效換熱設(shè)備的設(shè)計制造；隨著航空、航天及核聚變等高新技術(shù)的發(fā)展，各種熱工設(shè)備的工作溫度不斷提高，必須控制熱量傳遞過程，保證熱設(shè)備能夠長時間、高效率的安全運行；隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，電子元器件的集成度愈來愈高，功率愈來愈大，尺寸愈來愈小，而其工作溫度又不能太高，能否解決其散熱問題成為制約計算機向大容量、小型化發(fā)展的重要因素；還有電力、冶金、石油、化工、低溫以及建筑行業(yè)中的隔熱保溫技術(shù)也都屬于傳熱工程技術(shù)的范疇。

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