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本書按照導熱、對流和輻射三種換熱方式進行內(nèi)容的編排。各部分內(nèi)容基本是相互獨立的，但以能量守恒貫穿其中，使讀者通過對不同內(nèi)容的學習深入掌握能量守恒的分析方法。全書分為11章，第1章緒論簡要介紹傳熱學與其所屬學科的關系、傳熱學與現(xiàn)代工業(yè)間的廣泛聯(lián)系以及三種基本傳熱方式的特點和簡單計算；第2～4章詳細介紹了穩(wěn)態(tài)導熱和非穩(wěn)態(tài)導熱的解析解和數(shù)值解的基本方法;第5、6章介紹了對流換熱的基本原理和工程計算方法；第7章介紹了凝結(jié)和沸騰換熱的基本原理和工程計算方法；第8、9章介紹了熱輻射的基本原理和輻射換熱的計算方法；第10章介紹了傳熱過程和換熱器設計的計算方法；第11章介紹了泡沫金屬強化傳熱的相關內(nèi)容。書中例題和習題的選擇注重知識性、趣味性以及工程實用性的結(jié)合，同時部分內(nèi)容也涉及傳熱學的研究前沿。
本書針對56～64學時的教學需要而編寫，根據(jù)需要選擇有關章節(jié)內(nèi)容也可滿足32～48學時的教學需要。本書適用于建筑環(huán)境與能源應用工程、能源與動力工程及其他相關專業(yè)的本科教學，也可供相關專業(yè)的工程技術人員參考。

近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對能源的需求迅猛增加。為實現(xiàn)碳達峰和碳中和目標，很多方面都對能源的高效利用提出了更高的要求。其中，熱能的高效轉(zhuǎn)化與傳遞是提高能源利用效率的一個重要環(huán)節(jié)，而傳熱學則提供了學習和研究提高傳熱效率的基礎理論。
傳熱學是很多工科專業(yè)的一門基礎理論課，為后續(xù)的多門專業(yè)課程提供理論支持。它的特點是理論性很強，對數(shù)學要求比較高。當初學者翻閱教材的時候，第一印象就是書中的微分方程太多了，因而可能會產(chǎn)生一種畏懼心理。因此，在學習和講授這門課程的時候，要以方法論的學習為主，即把主要的精力用于首先清楚地理解傳熱的物理過程，然后在學習和掌握了最基本的傳熱理論（如傅里葉定律）、不同傳熱過程的能量守恒的基本表達式等基本概念后，進而去培養(yǎng)一種基于能量守恒的分析來建立傳熱微分方程的方法，而不要太過于關注復雜的方程和公式本身，尤其不要花時間和精力去死記復雜的公式，無論是解析解、微分方程還是試驗關聯(lián)式。在本書的編寫過程中，編者試圖幫助學生逐步掌握這樣的一種方法，進而提升學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
傳熱學是一門與工業(yè)應用有著廣泛聯(lián)系的實用性很強的課程。在傳統(tǒng)的大多數(shù)工業(yè)領域都涉及大量的各種形式的能量利用與轉(zhuǎn)換過程中與熱相關的問題，在高技術領域和新興的交叉學科領域，也存在很多與傳熱有關的問題需要解決。因此，在本書的編寫過程中，編者注意結(jié)合工程應用，闡述傳熱學理論的應用場景。在一些例題和習題中介紹了一些有實際應用背景的傳熱過程的計算，一方面是為了增加學生對傳熱學更多的興趣，訓練求解傳熱問題的基本計算技巧；另一方面，也可以開拓學生思路，有利于培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神以及理論聯(lián)系實際、勇于集成創(chuàng)新、學以致用的工程師精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。例題給讀者的啟示在于如何去分析傳熱過程和進一步加強對基礎理論的理解及熟悉基本理論的應用，幫助讀者培養(yǎng)有效的方法論，而不僅僅在于講授解題技巧或培養(yǎng)套用公式的簡單計算能力。
本書按照導熱、對流和輻射三種換熱方式進行內(nèi)容的編排。各部分內(nèi)容基本是相互獨立的，但以能量守恒貫穿其中。對于不同的換熱方式，能量守恒的方式和特點不同，因此對通過不同內(nèi)容的學習要深刻掌握能量守恒的分析方法。例如，在穩(wěn)態(tài)導熱部分的論述中，首先通過分析研究對象的能量守恒導出通用微分方程，然后分別討論了在不同邊界條件下和導熱系數(shù)為常數(shù)、變數(shù)以及有、無內(nèi)熱源情況下的大平板的求解方法，詳盡地介紹了不同形式的微分方程的求解方法。對非穩(wěn)態(tài)導熱，介紹了一般的非穩(wěn)態(tài)導熱的分離變量法、Fo>0.2后的計算方法和集總分析法，舍去了半無限大物體和周期性非穩(wěn)態(tài)導熱。同時，對部分內(nèi)容和專題，比較詳細地介紹了一些前沿性的研究情況，以提高讀者的興趣和對研究前沿的了解，不必過于擔心對這些內(nèi)容不能深入地理解。除主要參考文獻統(tǒng)一列于書末外，部分章節(jié)內(nèi)容中涉及的參考文獻或前沿性研究論文則以腳注的形式給出，可供讀者進一步詳細查閱參考。
本書所提供的習題數(shù)量不多，但覆蓋了傳熱學基本原理的各個方面。通過習題的練習能夠有效幫助讀者進一步熟練掌握基本計算技巧和對傳熱學基本概念的融會貫通。完成一定數(shù)量的習題是必要的，但大量地重復同一類型的題目或直接套用公式進行計算對于加深對基本原理的深刻理解并沒有多少幫助。因此，建議讀者有選擇地完成不同類型和內(nèi)容的部分習題。
本書針對56～64學時的教學需要而編寫，根據(jù)需要選擇有關章節(jié)內(nèi)容也可滿足32～48學時的教學需要。本書在內(nèi)容的選取上并沒有刻意限定或偏向某個專業(yè)，而是盡可能完整地介紹傳熱學的基礎理論。因此，本書適用于建筑環(huán)境與能源應用工程、能源與動力工程及其他相關專業(yè)的本科教學。
本書由東華大學蘇亞欣主編，負責制定編寫大綱和全書定稿，并編寫第1、2、3、4、8、9章及第6.4節(jié)，楊洪海編寫第5、6、7、10章，王會編寫第11章并參與編寫第1.1節(jié)和第6.4節(jié)。
本書的編寫得到了東華大學校級本科重點教材建設項目（XJJC2021-10）的資助，也是上海市一流本科課程（SYK2022-10）、上海市重點本科課程（SKC-11）、東華大學一流本科課程（XJKCA20-20）的建設成果。
在本書的編寫過程中，編者參考了很多專家學者的相關著作，在此深表感謝！限于編者水平，書中難免有疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正！

編者

前言
第1章緒論1
1.1傳熱學概述1
1.2傳熱的三種基本方式4
1.2.1熱傳導4
1.2.2熱對流6
1.2.3熱輻射9
1.3傳熱過程12
習題14
第2章穩(wěn)態(tài)導熱16
2.1導熱的基本概念16
2.1.1溫度場與溫度梯度16
2.1.2熱流密度矢量和傅里葉定律17
2.1.3導熱機理和導熱系數(shù)18
2.2導熱微分方程的建立20
2.2.1導熱微分方程20
2.2.2導熱過程的單值性條件22
2.2.3導熱微分方程式的求解方法24
2.2.4柱坐標和球坐標下的導熱微分方程24
2.3一維平壁穩(wěn)態(tài)導熱的解析解24
2.3.1第一類邊界條件25
2.3.2第三類邊界條件29
2.3.3接觸熱阻和復合平壁的導熱31
2.4一維圓柱和圓球的穩(wěn)態(tài)導熱34
2.4.1第一類邊界條件下圓筒壁的導熱34
2.4.2第三類邊界條件下通過圓筒壁的導熱36
2.4.3通過球壁的穩(wěn)態(tài)導熱 40
2.5肋片的導熱43
2.5.1等截面直肋的導熱微分方程44
2.5.2肋效率48
2.5.3變截面肋片的導熱49
2.5.4肋片能否增加傳熱量的條件51
2.6二維穩(wěn)態(tài)導熱問題52
2.6.1二維穩(wěn)態(tài)導熱的解析解分離變量法52
2.6.2形狀因子法54
習題55
第3章非穩(wěn)態(tài)導熱58
3.1一維非穩(wěn)態(tài)導熱的解析解59
3.1.1一維非穩(wěn)態(tài)導熱的分離變量法59
3.1.2非穩(wěn)態(tài)導熱的正規(guī)熱狀況和溫度分布的諾謨圖62
3.1.3特殊多維非穩(wěn)態(tài)導熱的簡易求解方法71
3.2非穩(wěn)態(tài)導熱的集總參數(shù)法72
3.2.1表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)對非穩(wěn)態(tài)導熱物體內(nèi)部溫度分布的影響特點72
3.2.2集總參數(shù)法73
習題76
第4章導熱問題的數(shù)值解78
4.1穩(wěn)態(tài)導熱問題的數(shù)值解79
4.1.1求解域的離散化79
4.1.2節(jié)點溫度差分方程的建立 79
4.2代數(shù)方程組的求解83
4.2.1迭代法83
4.2.2超松弛和欠松弛84
4.3非穩(wěn)態(tài)導熱問題的數(shù)值解法 85
4.3.1求解域的離散 85
4.3.2節(jié)點溫度差分方程的建立85
習題88
第5章對流換熱的基本原理90
5.1概述90
5.1.1對流換熱的基本特點90
5.1.2對流換熱的研究方法93
5.1.3對流換熱微分方程式93
5.2對流換熱的微分方程組94
5.2.1微分方程組94
5.2.2單值性條件96
5.3邊界層內(nèi)的對流換熱96
5.3.1邊界層的概念96
5.3.2邊界層內(nèi)對流換熱微分方程組的簡化99
5.3.3外掠平板層流換熱的解析解101
5.4相似原理及應用103
5.4.1相似的基本概念103
5.4.2相似原理106
5.4.3相似原理指導下的試驗研究方法111
習題113
第6章單相對流換熱的工程計算115
6.1管內(nèi)強迫對流換熱的特點和計算115
6.1.1管內(nèi)強迫對流換熱的特點115
6.1.2管內(nèi)強迫對流換熱計算117
6.2管外強迫對流換熱的特點和計算122
6.2.1流體橫掠單管對流換熱122
6.2.2橫掠管束對流換熱124
6.3自然對流換熱的特點和計算127
6.3.1大空間自然對流換熱127
6.3.2有限空間自然對流換熱132
6.4對流換熱的強化135
6.4.1從流動的起因著手有源技術135
6.4.2從流動的狀態(tài)著手無源技術136
6.4.3從改變流體的物性著手138
6.4.4改變換熱表面的幾何形狀139
習題140
第7章凝結(jié)和沸騰換熱143
7.1凝結(jié)換熱 143
7.1.1膜狀凝結(jié)換熱144
7.1.2膜狀凝結(jié)的影響因素150
7.2沸騰換熱151
7.2.1大容器沸騰換熱151
7.2.2管內(nèi)沸騰簡介157
7.2.3沸騰傳熱的影響因素158
7.3相變傳熱的強化159
7.3.1凝結(jié)傳熱的強化159
7.3.2沸騰傳熱的強化163
7.4熱管技術165
7.4.1熱管的工作原理165
7.4.2熱管殼體材料與工質(zhì)之間的相容性及壽命167
7.4.3熱管的應用168
習題171
第8章輻射換熱的基本定律173
8.1熱輻射的基本概念173
8.1.1吸收、反射與透射 174
8.1.2灰體與黑體 177
8.1.3輻射強度177
8.1.4輻射力178
8.2黑體輻射的基本定律178
8.2.1普朗克定律179
8.2.2斯特藩-玻爾茲曼定律 180
8.2.3朗伯定律182
8.3實際物體的發(fā)射特性與基爾霍夫定律 183
8.3.1實際物體的發(fā)射特性183
8.3.2基爾霍夫定律187
習題189
第9章輻射換熱的計算191
9.1輻射換熱的角系數(shù)191
9.1.1角系數(shù)的定義191
9.1.2角系數(shù)的性質(zhì)195
9.1.3角系數(shù)的計算方法196
9.2黑體表面間的輻射換熱計算199
9.3灰體表面間的輻射換熱計算200
9.3.1有效輻射201
9.3.2兩個漫灰表面構(gòu)成的封閉空腔中的輻射換熱202
9.3.3多個漫灰表面構(gòu)成的封閉空腔中的輻射換熱 203
9.3.4重輻射面206
9.4輻射換熱的強化與削弱207
9.4.1改變表面輻射熱阻表面涂層208
9.4.2改變空間輻射熱阻遮熱板209
9.5氣體輻射211
9.5.1氣體輻射的選擇性吸收和發(fā)射211
9.5.2氣體與封閉表面的輻射換熱217
9.6太陽輻射簡介218
9.6.1太陽輻射的基本概念218
9.6.2我國太陽能的分布221
9.6.3太陽能的利用方式223
習題224
第10章傳熱過程和換熱器228
10.1傳熱過程的分析和計算228
10.1.1基本傳熱過程228
10.1.2有復合換熱時的傳熱232
10.1.3傳熱的增強和削弱236
10.2換熱器的基本形式240
10.2.1換熱器的分類240
10.2.2間壁式換熱器的分類241
10.2.3對數(shù)平均溫差243
10.3換熱器的傳熱計算249
10.3.1平均溫差法（LMTD 法） 249
10.3.2效能-傳熱單元數(shù)法（ε-NTU
法）252
10.3.3換熱器的污垢熱阻255
10.4換熱器性能評價簡述257
習題258
第11章泡沫金屬強化傳熱260
11.1引言260
11.1.1換熱器在國民生產(chǎn)中的應用260
11.1.2常見換熱器的形式260
11.1.3強化傳熱的手段263
11.2泡沫金屬的概念和結(jié)構(gòu)特點263
11.3泡沫金屬的加工方法和應用264
11.4泡沫金屬的傳熱特性及其強化傳熱的原因266
11.4.1泡沫金屬孔胞結(jié)構(gòu)模型266
11.4.2泡沫金屬管與光管傳熱性能的對比267
11.4.3泡沫金屬強化傳熱的原因268
11.5泡沫金屬在儲能領域的應用271
11.5.1冰蓄冷領域271
11.5.2動力電池熱管理領域271
11.5.3太陽能儲熱領域272
附錄274
習題答案284
參考文獻289

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