工程传热学

序

前言

第1章 热传导理论分析

1.1 导热理论基础

1.1.1 傅里叶定律

1.1.2 导热微分方程

1.1.3 不同正交坐标系中的热传导方程

1.1.4 边界条件

1.1.5 齐次与非齐次问题

1.2 分离变量法

1.2.1 直角坐标系中的分离变量法

1.2.2 一维问题的分离变量法

1.2.3 半无限大物体的导热

1.2.4 乘积解

1.2.5 圆柱坐标系中的分离变量法

1.3 格林函数法

1.3.1 求解非齐次非稳态热传导问题的格林函数

1.3.2 格林函数的确定

1.3.3 格林函数法在直角坐标系中的应用

1.4 杜哈美尔定理法

1.4.1 杜哈美尔定理的表述

1.4.2 杜哈美尔定理的应用

参考文献

第2章 对流换热分析

2.1 对流换热微分方程

2.1.1 连续性方程

2.1.2 动量方程

2.1.3 能量方程

2.1.4 紊流换热方程

2.2 边界层方程

2.2.1 二维直角坐标下的层流边界层方程

2.2.2 边界层方程的数学和物理性质

2.2.3 圆管内的边界层方程

2.3 非耦合外部层流边界层换热

2.3.1 纵向绕流平壁换热

2.3.2 纵向绕流楔形物体换热

2.3.3 轴对称流动滞止区域换热

2.4 通道内非耦合层流换热

2.4.1 流动起始段和充分发展段

2.4.2 热起始段和充分发展段

2.4.3 圆管内层流充分发展段的换热

2.4.4 非圆形通道内层流充分发展段的换热

2.4.5 圆管起始段的换热

2.5 高速流动换热与自然对流换热

2.5.1 考虑黏性耗散的泊肃叶流动

2.5.2 自然对流换热边界层方程

2.5.3 竖平壁上常物性层流自然对流换热的相似解

参考文献

第3章 辐射传热分析与计算

3.1 黑体辐射

3.1.1 黑体的基本特性

3.1.2 黑体总辐射力——Stefan-Boltzmann定律

3.1.3 黑体的方向辐射力——Lambert余弦定律

3.1.4 黑体辐射的光谱分布——Planck定律

3.1.5 黑体辐射的最大光谱强度的波长——Wien位移定律

3.2 非黑表面辐射性质的定义

3.2.1 发射率

3.2.2 吸收率

3.2.3 反射率

3.2.4 反射率、吸收率和发射率之间的关系

3.3 温度均匀的黑体表面间的辐射换热

3.3.1 两个微元黑表面间的辐射换热

3.3.2 角系数及其计算方法

3.3.3 由宏观黑表面构成的封闭腔内的辐射换热

3.4 由漫-灰表面构成的封闭腔内的辐射换热

3.4.1 由有限大面积构成的封闭腔

3.4.2 由无限小面积构成的封闭腔

参考文献

第4章 建筑环境传热

4.1 建筑环境参数

4.1.1 室内参数

4.1.2 室外参数

4.2 建筑稳态传热

4.2.1 维护结构的导热

4.2.2 附加耗热量

4.2.3 门窗缝隙冷风渗透耗热量

4.2.4 室内外对流换热系数

4.3 建筑瞬态传热

4.3.1 土壤内的温度波动

4.3.2 墙体的温度波动

4.3.3 蓄热系数与热惰性指标

4.3.4 夏季空调负荷计算简介

4.4 建筑节能技术概述

4.4.1 保温隔热技术

4.4.2 热泵技术

4.4.3 蓄冷技术

4.4.4 热电冷联供系统

4.4.5 太阳能采暖与空调

参考文献

第5章 相变传热与蓄热

5.1 概述

5.2 沸腾传热

5.2.1 沸腾工况

5.2.2 沸腾成核理论

5.2.3 池内沸腾

5.2.4 池沸腾的临界热流密度

5.2.5 流动沸腾

5.3 凝结传热

5.3.1 凝结成核理论

5.3.2 单一工质的膜状凝结

5.3.3 蒸气混合物的膜状凝结

5.3.4 珠状凝结简介

5.4 凝固和熔解传热

5.4.1 液体的凝固

5.4.2 固体的熔解——给定壁面温度

5.4.3 固体的熔解——给定壁面热流密度

5.5 萘升华及其传热应用

5.5.1 萘的物理性质

5.5.2 用萘升华模拟对流传热的实验原理

5.5.3 几个相关问题的讨论

5.6 蓄热技术简介

5.6.1 显热蓄热

5.6.2 相变蓄热

5.6.3 冰蓄冷技术

参考文献

第6章 航天器热控制基础

6.1 航天器热控制概述

6.1.1 航天器的分类

6.1.2 航天器轨道

6.1.3 航天器热控制内容

6.1.4 航天器热控制的任务

6.2 空间热环境

6.2.1 地球轨道的空间热环境

6.2.2 地球轨道的空间外热流

6.2.3 月球的热环境

6.2.4 发射和上升阶段的热环境

6.3 航天器热分析计算

6.3.1 航天器的空间热平衡

6.3.2 航天器温度计算

6.4 被动热控技术

6.4.1 热控涂层

6.4.2 多层隔热组件

6.4.3 热管

6.4.4 相变材料热控

6.5 主动热控技术

6.5.1 热控百叶窗

6.5.2 热开关

6.5.3 热二极管

6.5.4 流体循环热控系统

6.5.5 电加热控制技术

6.5.6 航天器中的低温制冷方法

6.6 空间热辐射器

6.6.1 热管辐射器

6.6.2 肋片管循环式辐射器

6.6.3 可展开式辐射器

6.6.4 液滴式辐射器

参考文献

第7章 多孔介质中的传热与传质

7.1 多孔介质的孔隙度与渗透率

7.1.1 多孔介质的基本概念

7.1.2 孔隙度

7.1.3 渗透率与达西渗流模型

7.2 多孔介质中流动与传热的数学模型

7.2.1 达西定律

7.2.2 达西定律的修正——Brinkman方程

7.2.3 能量方程

7.3 多孔介质传热的工程应用

7.3.1 沿水平板强制对流换热的比较

7.3.2 土壤内的热湿迁移

7.3.3 生物组织中的热质传输

7.4 分形理论及其应用简介

7.4.1 分形维数的概念

7.4.2 多孔介质结构的分形描述

7.4.3 多孔介质渗透率的分形研究

参考文献

第8章 微/纳米尺度传热简介

8.1 微尺度传热的一些典型问题

8.2 微尺度传热的分析方法

8.2.1 玻尔兹曼输运理论

8.2.2 分子动力学理论

8.2.3 直接蒙特卡罗模拟方法

8.3 微/纳米介质中的热传导

8.3.1 傅里叶定律的适用性问题

8.3.2 热传导的边界散射效应

8.3.3 导热率的尺寸效应

8.3.4 薄膜比热容的尺寸效应

8.3.5 微/纳尺度导热的非傅里叶效应

8.4 微尺度对流传热

8.4.1 微槽内的单相对流传热

8.4.2 微尺度下气体可压缩性及稀薄效应

8.4.3 关于边界速度滑移与温度跃变

参考文献

附录 高斯误差函数及其性质

《北京工业大学研究生创新教育系列教材：工程传热学·基础理论与专题应用》是在大学本科传热学基础上的深入与拓展，除介绍高等传热学的主要内容外，重点对某些代表性的传热学的工程应用进行分析讨论。全书共分为8章，前3章为基础理论部分，内容涉及导热问题分析求解的基本方法，对流换热过程的特点与规律性，以及辐射传热原理与计算方法。第4～8章为传热学的专题应用部分，包括建筑环境传热与建筑节能技术，相变传热与蓄热，航天器热控制基础知识，多孔介质中的传热与传质，以及微/纳米尺度下的传热问题等内容。整体编排上既考虑在本科基础上专业知识面的拓宽，同时也尽量兼顾到对学科前沿技术理论的认知。
《北京工业大学研究生创新教育系列教材：工程传热学·基础理论与专题应用》可作为能源动力、化工、冶金等相关专业的硕士生教材，也可作为相关领域工程技术人员的参考书。