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目录 2

第一篇 导热 2

第一章　导热的基本定律及导热方程 2

一、导热的基本定律 2

1．温度场 2

2．温度梯度 3

3．热流量 3

4．傅里叶定律 3

5．导热系数 4

二、导热微分方程及单值性条件 6

1．直角坐标系的导热微分方程 6

2．柱坐标系的导热微分方程 8

3．球坐标系的导热微分方程 9

4．单值性条件 10

三、双曲型导热微分方程 12

四、变分形式的导热方程 13

五、各向异性材料的导热微分方程 17

六、导热的无量纲变量 19

第二章　稳态导热 21

一、简单几何形体的一维稳态导热 21

1．平壁 21

2．圆筒壁 23

3．热绝缘的临界直径 26

4．球壁 27

二、枢轴的稳态导热 28

三、肋的稳态导热 30

1．等截面的直肋 30

2．最小重量肋 31

3．？形和梯形截面的直肋 32

4．？厚度的环形肋 33

5．肋效率 34

6．肋的选用和设计 34

四、接触热阻 37

五、多孔冷却平壁的导热 38

六、具有内热源物体的一维稳态导热 41

1．一维平壁 41

2．长圆柱体 41

3．圆筒壁 42

七、二维平面和三维矩形六面体的稳态导热 44

1．二维矩形平面 44

2．三维矩形六面体 49

八、有限长轴对称圆柱体的稳态导热 51

九、地下电缆的导热 53

第三章　非稳态导热 57

一、内部热阻可忽略的非稳态导热 57

1．边界条件为对流换热 57

2．边界条件为给定表面热流量 61

3．边界条件为辐射换热 61

4．多个物体组成的系统 63

四、对称球体的非稳态导热……………………………………………………………（76？ 80

五、半无限大物体的非稳态导热 80

二、大平板的非稳态导热……………………………………………………………（？ 80

三、长圆柱体的非稳态导热…………………………………………………………（？ 80

1．精确解………………………………………………………………………………………………（8？2．积分近似解…………………………………………………………………………………………（8？六、二维和三维简单几何形状物体的非稳态导热 85

七、物体周期性受热和冷却的导热……………………………………………………（8？ 96

八、导热的正规情况分析………………………………………………………………（9？ 96

第四章　具有移动边界的导热 96

一、有相变导热的特点 97

二、具有烧蚀表面物体的导热 98

三、半无限大固体熔解时的导热 100

1．精确解 100

2．积分近似解 101

四、半无限大空间液体凝固时的导热 103

五、无限大液体介质中由于线热汇产生凝固时的导热 105

一、有限差分法 107

第五章　导热问题的数值解 107

1．离散方程………………………………………………………………………………？ 113

2．离散方程的基本规则…………………………………………………………………………？3．元体界面的导热系数……………………………………………………………………………？4．源项的线性化…………………………………………………………………………………（11？5．边界 113

6．不稳定导热问题 114

7．多维导热问题的离散方程 115

二、有限元素法在导热计算中的应用 116

1．单元分析 117

2．总体合成 124

三、线性代数方程组的求解 126

1．三对角线矩阵解法 126

2．高斯消元法 127

3．高斯-赛德尔迭代法 128

4．逐线迭代法 129

5．Choleski解法 130

6 波前法简介 133

第二篇 对流换热 136

第六章　对流换热的概念和基本方程式 136

一、对流换热的概念 136

二、换热方程 138

三、连续方程 138

四、运动方程 140

五、能量方程 144

六、基本方程的无量纲形式，无量纲综合数 149

七、边界层连续方程 151

八、边界层运动方程 152

九、边界层能量方程 154

1．边界层位移厚度δ1和动量厚度δ2 155

十、边界层动量积分方程 155

2．动量积分方程 156

十一、边界层能量积分方程 157

1．边界层的焓厚度 157

2．能量积分方程 158

第七章　层流受迫运动换热 160

一、层流边界层流动的相似解 160

1．平板层流边界层的布拉修斯（Blasius）解 161

2．层流边界层的法尔克纳（Falkner）-斯坎（Skan）解 163

二、等温平板上层流热边界层的相似解 166

三、楔形体上层流热边界层相似解 169

四、轴对称层流边界层的流动和换热 171

五、低Pr数和高Pr数流体的层流换热 172

1．低Pr数流体的换热 173

2．高Pr数流体的换热 174

六、平板上层流热边界层的积分方程解 175

1．Pr≥1的流体 175

2．Pr＜1的流体 177

七、有压力梯度时层流热边界层的积分方程解法 178

八、壁温沿流动方向有变化的平板层流边界层的换热 181

1．具有无换热起始段的平板层流换热 182

2．沿流动方向壁温任意变化时的层流边界层换热 182

九、流体在管内的层流流动 186

1．流体在圆管完全发展区的流动 186

2．流体在环形截面管完全发展区的流动 188

3．流体在其它截面直管完全发展区的流动 190

4．圆管进口区的流动 191

十、流体在圆管完全发展区的层流换热 193

十一、流体在圆环形截面和其它截面管内完全发展区的层流换热 195

1．圆环形截面管 195

2．其它形状截面的管道 198

十二、流体在圆管热进口区的换热……………………………………………………（？） 207

十三、壁温沿轴向变化时的管内层流换热……………………………………………？ 207

第八章　湍流换热………………………………………………………………………（？） 207

一、层流向湍流的转捩 207

二、湍流时均运动的基本方程式 210

1．湍流的时均值，湍流度 210

2 连续方程式 211

3．运动方程式 211

4．？方程式 212

1．湍动能方程 213

三、湍动能方程和湍应力方程 213

2．湍应力方程 215

四、湍流边界层方程 216

1．湍流边界层微分方程 216

2．湍流边界层积分方程 219

五、湍流边界层的结构和时均速度分布 220

1．壁面湍流的结构 220

2．速度分布 221

六、湍流的混合长度理论 224

1．湍流粘性 224

2．混合长度理论 224

七、湍流模式简介 227

1．单方程模式 227

2．双方程模式 228

3．湍应力模式 229

八、湍流边界层流动的积分方程解 230

1．湍流边界层的壁面摩阻系数 231

2．平板湍流边界层的积分方程解 231

九、湍流边界层中的温度分布，湍流普朗特数 232

1．湍流普朗特数 232

2．湍流边界层内的温度分布 233

十、湍流边界层热量传递和动量传递的类比 235

十一、壁温沿流动方向有变化时平板湍流边界层的换热 238

1．具有无换热起始段的平板湍流换热 238

2．沿流动方向壁温任意变化的平板湍流换热 240

十二、任意压力梯度和壁温分布时的湍流边界层换热 241

十三、流体在管内的湍流流动 242

十四、流体在管内完全发展区的流湍换热 246

十五、高Pr数和低Pr数流体在管内完全发展区的湍流换热 250

1．高Pr数流体的换热 250

2．低Pr数流体的换热 251

十六、管内热进口区的湍流换热 253

十七、粗糙表面上的湍流流动和换热 257

1．粗糙表面上的湍流流动 257

2．粗糙壁表面的湍流换热 259

第九章　气体作高速流动时的换热 261

一、概述 261

二、高速常物性参数层流边界层换热的相似解 263

三、可压缩层流边界层中温度分布与速度分布的关系 266

四、可压缩层流边界层方程组的变换 268

五、平板可压缩层流边界层流动和换热的相似解法 271

六、平板可压缩层流边界层的近似解法 274

1．N=1时的解 275

2．N=N（0）时的近似解 275

3．参考温度（焓）法 277

七、驻点区可压缩层流和换热 279

八、有压力梯度时可压缩层流边界层流动和换热的相似解 282

九、可压缩湍流边界层方程组 286

十、克洛克变换 288

十一、平板可压缩湍流边界层的换热 290

十二、有压力梯度的可压缩湍流边界层换热 294

第十章　自然对流换热 296

一、竖平板上常物性参数层流自然对流的相似解（给定壁温） 296

二、竖平板上常物性参数层流自然对流的相似解（给定壁面热流密度） 300

三、竖平板上变物性参数层流自然对流的相似解 302

四、竖平板层流自然对流的积分方程解 304

五、层流自然对流换热的近似积分解法 305

1．竖平板和斜平板 308

2．横圆柱体 308

六、自然对流边界层的转变 310

七、竖平板上湍流自然对流的积分方程解 311

八、湍流自然对流换热的近似积分解法 312

九、平行竖平板之间的自然对流换热 315

第十一章　气-液两相流动结构与基本模型 318

一、气-液两相流动的流型 318

1．垂直流动的流型 318

2．水平流动的流型 319

二、相变与相平衡 320

三、基本方程 321

1．质量守恒方程 321

2．动量平衡和能量平衡 322

3．确定通道压降的经验方法 324

4．空泡分数关系式 329

5．流场分析计算 331

第十二章　沸腾换热 336

一、沸腾换热 336

二、沸腾换热机理——气泡动力学简介 336

三、大容器沸腾 341

四、大容器核态沸腾换热 343

1．沸腾换热中常用的准则数 344

2．大容器核态沸腾换热关系式 345

五、大容器饱和膜态沸腾换热 347

六、管内沸腾换热 348

七、管内沸腾换热的计算 351

1．定热流条件下的管内过冷核态沸腾 352

2．管内饱和沸腾换热 357

3．管道内侧受热的环形通道中向上流动换热 359

4．管内沸腾换热的普遍关系式 359

5．两相流动换热系数αtp的计算步骤 360

八、管内沸腾临界热流密度 361

1．临界热流密度与烧损热流密度 361

2．临界热流密度关系式 362

3．超临界热流密度区域中的传热 363

2．表面特殊处理法 364

九、改善沸腾过程换热系数的方法 364

1．表面粗糙法 364

3．管内流体旋转法 365

4．扩展表面法 365

5．应用静电场法 365

6．应用添加剂法 365

7．应用振动法 366

第十三章　凝结换热 368

一、膜态凝结换热 369

1．层流膜状凝结 369

2．计及其他影响因素的修正 371

1．单管外侧 374

2．管束外侧的凝结 374

二、水平管凝结 374

3．水平管内侧 376

三、竖管内凝结 377

四、综合关系式 377

1．当入口处全部为蒸气，出口处全部为凝液时 378

2．当入口处有部分液相，或在出口处有部分气相时 378

五、滴状凝结 379

六、直接接触凝结 380

1．喷液式凝气器 380

2．池式凝气器 380

1．改善管外凝结过程换热的方法 382

2．改善管内凝结过程换热的方法 382

八、改善凝结过程换热系数的方法 382

七、凝结系统中的压力梯度 384

第三篇 辐射换热 386

第十四章　热辐射的基本概念 386

一、热辐射的物理本质与辐射换热的特点 386

二、热辐射的基本概念 388

1．辐射强度和辐射力 388

2．辐射密度 390

3．辐射压强 391

三、黑体的辐射特性和规律 392

1．普朗克定律 392

2．维恩定律 396

3．斯蒂芬-波尔兹曼定律 396

4．黑体辐射函数 397

一、发射率及其影响因素 399

第十五章　固体表面的辐射性质和计算 399

1．各种吸收率及其相互关系 404

二、表面吸收率及其与发射率的关系 404

2．漫射表面和灰表面的特性 405

3．基尔霍夫定律 406

三、表面反射率及其特性 409

1．双定向单色反射率和全反射率 410

2．定向-半球单色反射率和半球-定向单色反射率 412

四、漫射表面间的角系数 413

1．角系数概念 413

2．角系数的计算 415

一、等温漫射灰表面间的辐射换热 426

1．代数解法 426

第十六章　固体表面间的辐射换热 426

2．网络法 428

二、非等温漫射灰表面间的辐射换热 431

三、漫射非灰表面间的辐射换热 434

四、非漫射表面的简化模型 437

五、包含镜反射的长同心圆管表面间的辐射换热 437

1．内表面A1为镜反射，外表面A2为漫反射 437

2．内表面A1为镜反射或漫反射，外表面A2为镜反射 438

六、镜象法与交换系数 439

1．镜象法 439

2．交换系数 440

七、具有镜反射面及漫反射面组成封闭腔内的辐射换热 441

八、封闭腔内具有镜反射面时辐射换热的网络解法 444

九、具有镜反射与漫反射分量的表面之间的辐射换热 445

1．频率函数、概率密度和概率累积函数 446

十、蒙特卡罗法计算表面间的辐射换热 446

2．表面辐射换热计算 449

十一、辐射与导热及对流的复合传热 452

1．辐射和导热的复合传热 453

2．辐射和对流的复合传热 456

3．辐射和导热及对流的复合传热 457

第十七章　吸收和发射性介质中的热辐射 460

一、气体辐射的物理过程 460

二、射线在吸收性介质中的能量衰减 461

三、光子平均自由程和光学厚度 462

四、微元气体的发射辐射 463

1．均匀气体层的吸收率 464

五、气体层的吸收率、发射率和透射率 464

2．均匀气体层的发射率 465

3．均匀气体层的透射率 465

六、吸收、发射性气体中的辐射传递方程 466

1．辐射传递方程 466

2．辐射热平衡方程 467

七、两个无限大平行壁面间充满灰气体时的辐射交换 469

1．黑壁面间的辐射交换 469

2．漫射灰壁面间的辐射交换 472

3．温度跃变 473

4．光学薄介质 474

5．光学厚介质 475

6．辐射力跃变 476

八、火焰辐射 479

第十八章　封闭腔中气体的辐射换热计算 484

一、漫射、灰表面组成的封闭腔内，具有等温吸收和发射性气体时的辐射换热计算 484

二、射线平均行程 488

1．几何平均透射率和吸收率的计算 488

2．射线平均行程概念 490

3．射线平均行程的计算 490

三、二氧化碳和水蒸气的辐射性质 493

四、等温气体与等温壁面的辐射换热 497

五、区域法计算辐射换热 497

六、蒙特卡罗法计算辐射换热 500

七、辐射与导热和对流的复合传热 504

1．辐射与导热共同作用时的传热 504

2．辐射与导热和对流共同作用时的传热 505

第四篇　传质 510

第十九章　流体中的分子扩散 510

一、基本概念 510

1．浓度、浓度梯度 510

2．成分表示法 511

3．速度 512

4．通量 512

二、菲克（Fick）定律 513

三、扩散系数 514

1．查普曼-恩斯考格公式——理论公式 514

2．富勒-斯凯特洛-吉丁斯公式——经验公式 514

3．压力和温度对于扩散系数的影响 515

四、热扩散 517

五、伴随主体流动的分子扩散 519

六、二元扩散系的质量守恒方程 519

1．一般形式 519

2．特殊形式 521

七、等摩尔逆向扩散与等质量逆向扩散 522

八、A组元通过呆滞组元B的扩散 523

九、伴随化学反应的稳态扩散 526

1．伴随非均匀反应的扩散 526

2．伴随均匀反应的扩散 527

十、多组元扩散 528

1．史蒂芬-马克斯韦尔方程 528

3．A组元通过多元呆滞气体的扩散 529

2．霍金-沃森方程 529

4．n种组元通过呆滞组元Ⅰ的扩散 530

5．多元等摩尔扩散 530

6．在催化表面进行化学反应时的多元扩散 531

十一、液体的分子扩散 531

1．扩散方程 531

2．稀薄溶液扩散系数的计算 532

3．多元溶液扩散 532

十二、传热和传质同时发生的过程 532

1．平壁上的传热与传质 533

2．球对称传热与传质 534

十三、非稳态扩散 534

1．不计表面阻力时的非稳态扩散 535

2．半无限大介质中的非稳态扩散 536

一、传质系数 538

第二十章　对流传质 538

二、对流传质分析中常用的无量纲量 540

1．雷诺数 540

2．史密特数 540

3．舍伍德数 540

4．刘易斯数 540

5．传质史坦顿数 540

6．传质葛拉晓夫数 541

三、平壁层流传质 541

1．层流边界层的解 541

2．三传类比 544

3．Vw对三传的影响 547

1．雷诺类比 548

四、类比法 548

2．普朗特-台劳类比 550

3．冯·卡门类比 551

4．J因子经验式 552

五、传质的模型 552

六、经验公式 553

1．流体平行流过平壁 553

2．流体流过单个圆球 554

3．圆管内的湍流传质 554

4．横掠圆柱时的传质 555

七、相际传质 555

1．相际平衡 555

2．相律 556

6．单相传质系数 557

3．亨利定律、拉乌尔定律 557

4．双膜（阻）理论 557

6．总传质系数 558

八、传热传质问题举例 560

1．气体平行流过平壁时的传热和传质 560

2．液滴蒸发 561

3．刘易斯关系及其应用 563

附录 565

0-1 常用单位换算表 565

Ⅰ-1　双曲线函数值 566

Ⅰ-2　贝塞尔函数值 567

Ⅰ-3　误差函数或概率积分值 568

Ⅰ-4　函数的拉普拉斯变换表 569

Ⅰ-5　金属的性质 571

Ⅰ-6　非金属材料的性质 574

Ⅰ-7　绝热材料的导热系数随温度的变化 576

Ⅱ-1 液体在饱和状态下的性质 577

Ⅱ-2　液态金属的性质 580

Ⅱ-3　气体在大气压力下的性质 581

Ⅲ-1　辐射函数表 585

Ⅲ-2　材料的法向总发射率εn 586

Ⅲ-3　角系数计算公式 589

Ⅲ-4　指数积分函数 596

Ⅳ-1 二元系的扩散系数 598

Ⅳ-2　根据伦纳德-琼斯势函数确定的ΩD值 600

Ⅳ-3　由粘度数据确定的伦纳德-琼斯势参数δ和ε/k 601

0-2 人名对照表 602