目录 第一章导论 ) 1.1导热 1.2对流…………… 1.3辐射 1.4材料的性质 1.5单位 例题详解 补充习题 第二章一维稳定导热… 2.1引言 (11) 2.2通用导热能量方程…… .(11) 2.3平板:定表面温度… (12) 2.4径向系统:定表面温度 (13) 2.5平板:变导热系数 (13) 2.6含内热源系统… (14) 2.7对流边界条件…… 28肋片传热… 例题详解 22) 补充习题 第三章多维稳定导热… (42) 3.1引言 3.2解析法…… 3.3导热形状因子 3.4数值解· 例题详解… 补充习题 ……………(67) 第四章不稳定导热 4.1引言 4.2毕奥数与傅里叶数… (69 4.3集总分析方法 ………(70) 4.4一维系统:固定表面温度 (70) 4.5-维系统:对流边界条件 (72) 4.6图解法:对流边界条件 多维系统 (78) 4.8数值分析 (78) 例题详解 (82 补充习题…… 第五章流体力学 流体静力学 5.2流体动力学… 5.3质量守恒 …(101) 5.4沿流线的运动方程 (102)
日录 5.5能量守恒 (102) 例题详解… (103) 补允习题… ……………(113) 第六章强迫对流:层流 l15) 6.1水力(等温)边界层:平板…… 115) 6.2热边界层:平板…………… ………(119) 6.3管内等温流动 6.4管内流动换热…… 6.5估算物性所用的温度 例题详解 126) 补充习题 (145) 第七章强迫对流:湍流 ……(146) 7.1运动方程 146) 7.2传热与表面摩擦:雷诺比拟… 148) 7.3沿平板流动 (149 7.4管内流动…… (151 7.5绕过物体的外部流动 …………………(155) 7.6液态金属传热 (159 例题详解 ……(160) 补充习题…………………… (174 第八章自然对流 ……(175) 8.1垂直平板 8.2经验关系式:等温表面 (180) 8.3封闭空间内的自然对流 (181) 8.4混合的自然对流和强迫对流 ……………(184) 8.5新的关系式 (185 例题详解 (186) 衤充习题 第九章沸腾和凝结 (194) 1沸腾现象 (194) 9.2池内沸腾 (195) 9.3流动(对流)沸腾 (197) 9.4凝结 例题详解 (202) 补充习题 (211) 第十章热交换器 (213) 10.1热交换器类型 (213) 10.2换热计算………………… (214) 10.3热交换器有效度(NTU法) (218) 10.4污垢系数… (220) 例题详解 …(221) 补充习 第十一章辐射 (230) 11.1引言 11.2性质和定义 (230)
11.3黑体辐射 (232) 11.4实际表面和灰体… 11.5辐射换热:黑表面…… (236 11.6辐射换热:灰表面 …(243) 11.7防辐射屏 (246) 118气体和蒸汽辐射 (248 例题详解… (251) 补充习题 (262) 附录 (263)
第一章论 经常被称为热科学的工程领域包括热力学和传热学传热学的作用是利用可以预测能量 传递速率的一些定律去补充热力学分析因后者只讨论在平衡状态下的系统这些附加的定律 是以三种基本的传热方式为基础的,即导热、对流和辐射 1.1导热 均匀物质内存在温度梯度时会导致其内部能量传递,能量传递的速率可由下式计算: aT 式中T/an为在面积A的法线方向的温度梯度.导热亲数k是由实验得到的所论物质的常 数,它与温度和压力等其他参数有关,将在14节讨论k的单位为W/mK 式(1.1)为傅里叶( Fourier)定律,式中负号是基于热力学第二定律的要求:由温度梯度引 起的热能传递的方向必须是从热区至冷区 若物质内部的温度分布是线性的(图1-1),就可 用下式代替由偏导数表示的温度梯度: △T (1.2) 在k为定值的均匀物质的稳态传热过程中,这种线性 关系总是存在的 若包括表面在内的物体中每个点的温度不随时 间变化,热能的传递就是稳态过程.如果温度随时间 变化能量或是在物体中贮存,或是从物体中传走能 量贮存的速率是 图t1 式中m是体积v和密度ρ的乘积 1.2对流 当固体与和它温度不同的运动流体相接触时,流体将从物体带走能量或通过对流将能量 传给物体 若流体的上游温度为T,固体的表面温度为T,单位时间的传热量由下式计算: 上式就是牛顿( Newton)冷却定律.此式定义∫对流换热亲数h,是单位时间单位面积的换热 量与总温差之间关系的比例常数h的单位为W/m2K.重要的是必须记住:在固体流体的边 界,基本的能量交换是导热,然后通过流体的流动以对流方式将这些能量带走比较式(1.1)和 (14)对y=n的情况可得 hA(T,-T。)=-kA aT 式中温度梯度的下标表示:要计算的是在固体表面的流体内的温度梯度 指在固体表面的流体边界层的温度梯度,k为流体的导热系数—译汴
传热学 1.3辐射 第三种传热方式是基于电磁波的传播,这种传播能在真空中进行,也能在介质中进行实 验结果表明,辐射传热与绝对温度的4次方成正比,而导热和对流换热与线性温差成正比重 要的斯忒藩-玻尔兹量( Stefan- Boltzmann)定律的表示式为 9= aAT4 (1.6) 式中T为绝对温度常数a与表面、介质及温度无关;其值为5.6697×108w/m2,K4或 0.1714×10-8Bu/hft2"R4.理想的发射体,或称黑体,所发出的辐射能按式(1.6)确定所有 其他表面发出的辐射能都少于黑体的辐射能,许多表面(灰体, gray bodies)发出的辐射能可用 下式计算: 9= EOAT 式中ε为表面的发射率,其值在0与t之间 1.4材料的性质 固体的导热亲数 许多纯金属和合金的导热系数列于表B1(SI)和B1(Engl).已知其成分的固态金属的 导热系数主要只与温度有关一般来说,纯金属的k随温度之增高而减小;合金成分则正好与 此相反.金属的导热系数在相当大的温度范围内通常可由下式计算 式中=T-Tm,k0为在参考温度Tm时的导热系数对许多工程应用来说,温度范围相对较 小,为几百度,因此,可近似为 k= ko(1+b0) 非均匀材料的导热系数通常明显地与表观体积密度( apparent bulk density)——物体的质 量与其所占有的体积之比值—一有关这个体积指包括了空隙的总体积,如物体全部界面内的 些气孔导热系数也随温度而变,一般来说,非均匀物体的k随温度的增高和表观体积密度 的增大而增大表B2(SI和B2(Eng.)收集了一些非均匀材料的导热系数数据, 液体的导热無数 表B-3SI)和B3(Eng1.)列出了一些工程上重要的液体的导数系数数据.对这些液体来 说,k通常与温度有关,但对压力的变化不敏感表中所列的是饱和状态下的数据,即对于给定 的流体,其压力对应于给定温度的饱和压力大多数液体的导热系数随温度之增高而减小.水 则例外,一直到150℃其k都是随温度之增高而增大的除了所谓液态金属,在所有常见的液 体中水的导热系数最大 气休的导热亲数 气体的导热系数随温度增高而增大,但在大气压附近基本上与压力无关表B4(S)和 B4(Eng1)给出了一些气体在一个大气压下的k的数据对于很高的压力(即临界压力的量级 或更高),压力的影响可能会很显著 空气和水蒸气是两种最重要的气体(在本章中不去区别气体和蒸汽之间的差异)表B4 (SI)中列出的一个大气压下的空气的值作为大多数工程应用适用于下述范围:(i)0℃≤T≤ 1650℃和1am≤p≤100am;(i)-75℃≤T≤0℃和1am≤p≤10am 水蒸气的导热系数显示出与压力有很大的关系.作为近似计算,表B-4(SI)和B4(Eng.) 给出的一个大气玉的数据可与图B3一起使用对其他气体,应借助内容更丰富的物性表