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第1章 传热学基础知识1

1.1 绪论1

1.1.1 传热和传质在日常生活中和工程实际中的意义1

1.1.2 本书研究的主要手段——分析2

1.1.3 传热学的发展简史2

1.2 热传导的基本定律——傅立叶导热定律6

1.2.1 傅立叶定律6

1.2.2 热流通量7

1.2.3 导热系数8

1.3 热传导方程8

1.3.1 微分形式的热传导方程8

1.3.2 积分形式的热传导方程14

1.3.3 双曲型的热传导方程16

1.4 边界表面的对流换热16

1.5 导热系数17

1.5.1 导热机理和导热系数的性质18

1.5.2 导热系数随温度的变化24

1.5.3 导热系数随压力的变化29

1.6 传热过程29

1.7 本章例题31

思考题35

第2章 热传导过程分析36

2.1 稳定条件下简单热传导方程的解36

2.1.1 无限大平板的一维稳态导热36

2.1.2 复合平板的一维稳态导热37

2.1.3 圆管的一维稳态导热38

2.1.4 圆球的一维稳态导热39

2.1.5 绝缘层的临界厚度问题40

2.1.6 变对流换热系数的问题40

2.2 细杆的一维稳态导热问题41

2.3 肋片的一维稳态导热问题44

2.3.1 矩形肋44

2.3.2 肋片的优化48

2.3.3 圆周肋53

2.4 渗透性平板中的热传导54

2.4.1 无热源渗透性平板的稳态导热54

2.4.2 具有热源的渗透性平板的稳态导热57

2.5 二维和三维稳态热传导问题的解58

2.5.1 方程形式58

2.5.2 方程解法59

2.5.3 举例：分离变量法59

2.6 导热系数无限大物体中的不稳定热传导（零维不稳定热传导）59

2.6.1 金属颗粒的加热问题60

2.6.2 边界条件（环境温度）变化时颗粒的加热61

2.6.3 有相变的液滴加热问题62

2.7 一维不稳定热传导64

2.8 二维和三维不稳定热传导67

2.9 具有不均匀初始温度分布的不稳定热传导68

2.9.1 无限大物体69

2.9.2 半无限大固体70

2.9.3 表面热流为常数的半无限大固体71

2.10 周期性热传导72

2.11 不稳定导热的近似解法73

2.12 本章例题75

第3章 对流换热理论97

3.1 对流换热基本概念97

3.2 对流换热基本方程99

3.2.1 基本方程99

3.2.2 边界层方程101

3.3 层流边界层速度场的解102

3.3.1 层流边界层方程102

3.3.2 层流边界层的相似解103

3.4 边界层动量积分方程及其解107

3.5 层流边界层能量方程110

3.6 温度为常数的平板的换热111

3.7 楔型流的换热115

3.8 边界层能量方程的近似解118

3.8.1 边界层能量积分方程118

3.8.2 壁温阶梯式变化的平板对流换热119

3.8.3 壁面温度任意变化的平板换热123

3.9 管道中的对流换热124

3.9.1 管内速度场124

3.9.2 管内温度场及对流换热127

3.10 湍流剪切层中的动量方程和速度型130

3.10.1 动量方程131

3.10.2 剪切层速度型135

3.11 湍流剪切流中的能量方程和对流换热139

3.12 高速流动下的换热142

3.12.1 常物性流体的边界层流动143

3.12.2 变物性流体的边界层流动147

3.12.3 平面和轴对称边界层中的变物性问题149

3.13 自然对流换热及其实验关联式152

3.13.1 大空间自然对流的流动和换热特征153

3.13.2 竖板自然对流换热的微分方程组154

3.13.3 大空间自然对流换热计算156

3.13.4 受限空间自然对流换热计算156

3.14 凝结和沸腾换热157

3.14.1 相变换热与单相换热的对比158

3.14.2 膜状凝结158

3.14.3 影响膜状凝结的因素160

3.14.4 沸腾换热现象161

3.14.5 沸腾换热计算式163

3.14.6 影响沸腾换热的因素163

3.15 本章例题165

第4章 辐射换热分析176

4.1 引 言176

4.2 热辐射的基本概念176

4.3 辐射场178

4.4 基尔霍夫定律179

4.5 辐射密度与辐射压力183

4.6 黑体辐射188

4.6 强吸收性介质的辐射190

4.6.1 基本概念190

4.6.2 强吸收性介质（固体和液体）的辐射性质192

4.7 形状因子197

4.8 包壳内的辐射换热199

4.8.1 由黑体表面构成的包壳199

4.8.2 具有扩散反射壁面的包壳199

4.8.3 具有镜面反射壁的包壳202

4.8.4 几个概念的归纳小结203

4.9 弱吸收性介质的辐射性质203

4.9.1 弱吸收性介质（气体）的辐射性质203

4.9.2 气体的辐射性质206

4.9.3 当量射线长度207

4.9.4 具有吸收和放射性介质的包壳210

4.9.5 具有非均匀温度的介质内的辐射能交换212

4.9.6 火焰辐射216

4.10 本章例题218

第5章 传质理论226

5.1 描述混合物的参数226

5.2 多组分流体的守恒定律228

5.3 菲克扩散定律229

5.3.1 通量和势229

5.3.2 等温扩散——不考虑“交叉输运现象”229

5.3.3 非等温流动中的扩散（“交叉输运”现象）230

5.4 传热传质边界层方程及边界条件231

5.4.1 直角坐标下的边界层方程231

5.4.2 边界条件232

5.5 强迫对流的传热与传质234

5.5.1 层流、常物性流体234

5.5.2 湍流、常物性流体237

5.5.3 变物性流体238

5.6 本章例题238

第6章 传热过程数值分析242

6.1 控制方程及单值性条件242

6.1.1 传热问题控制方程组242

6.1.2 控制方程组的通用形式243

6.1.3 单值性条件243

6.2 计算区域与控制方程离散化244

6.2.1 空间区域离散化244

6.2.2 建立离散方程的方法245

6.3 扩散方程的数值解246

6.3.1 一维导热问题的离散化246

6.3.2 多维非稳态导热249

6.3.3 源项及边界条件的处理249

6.3.4 离散方程的求解250

6.4 SIMPLE系列算法简介250

6.4.1 交错网格251

6.4.2 SIMPLE算法255

6.4.3 SIMPLER算法258

6.4.4 SIMPLEC算法260

6.4.5 PISO算法262

6.4.6 SIMPLE系列算法的比较264

6.5 常用商业软件介绍266

6.5.1 FLUENT简介266

6.5.2 其他常用商业软件简介270

6.6 本章例题273

第7章 飞行器传热传质专题279

7.1 航天器热控系统需求分析279

7.1.1 航天器定义279

7.1.2 航天器分类279

7.1.3 航天器的系统组成279

7.1.4 航天器热控系统需求分析280

7.1.5 航天器热控分系统的任务281

7.1.6 航天器热控分系统研制过程282

7.2 烧蚀冷却技术及再入飞行器的热防护283

7.2.1 再入飞行器的气动热分析283

7.2.2 飞行器热防护285

7.3 飞行器热控制292

7.3.1 热平衡方程292

7.3.2 飞行器热控系统294

7.3.3 被动热控方法300

7.3.4 主动热控方法306

思考题309

第8章 传热传质学的最新研究动态311

8.1 微细尺度传热传质学311

8.1.1 微尺度传热传质特点313

8.1.2 微尺度传热研究的主要方法314

8.1.3 微尺度传质过程研究（多孔介质内部超常传质的非菲克效应）315

8.1.4 微尺度相变传热传质316

8.2 多相流的传热传质318

8.2.1 超临界流体的传热318

8.2.2 多孔介质传热传质的研究319

8.2.3 微重力条件下的沸腾传热321

8.2.4 吸热型碳氢燃料的传热传质322

8.3 场协同理论322

8.3.1 对流比拟323

8.3.2 速度场和热流场的配合和协同324

8.3.3 对流换热物理机理的新认识325

8.3.4 由层流向湍流的推广326

8.4 强化传热技术进展327

8.4.1 强化传热的原则328

8.4.2 单向介质管内对流换热的强化330

8.4.3 单向介质管束外对流换热的强化332

8.4.4 单相介质对流换热的耗功强化技术334

8.4.5 沸腾换热的强化336

8.4.6 凝结换热的强化337

8.5 传热学研究的新领域338

8.5.1 生物医学传热338

8.5.2 现代电子器件冷却方法339

8.5.3 微尺度热输运340

8.5.4 先进的传热传质测量技术341

8.5.5 无机热传导技术344

8.5.6 电场强化对流换热345

8.5.7 热传导的反问题346

8.5.8 其他传热传质学前沿问题348

参考文献349