本書采用雙欄排版、英漢對照,以適應教育國際化發(fā)展的趨勢,培養(yǎng)具有國際視野的專業(yè)人才。本書在內容上力求簡明扼要,突出重點,精講基本概念和基礎理論,并融入了課程思政元素,同時注重理論聯系實際,通過實例培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新思維能力。
本書圍繞熱傳導、熱對流和熱輻射三種基本傳熱方式,系統(tǒng)地闡述了穩(wěn)態(tài)熱傳導和非穩(wěn)態(tài)熱傳導的理論與數值解法、對流傳熱的理論基礎與實驗關聯式、熱輻射的基本定律和輻射傳熱計算,以及傳熱過程分析與換熱器熱計算方法。章節(jié)后的思考題、自測題和習題可以幫助讀者加深對專業(yè)知識的理解,掌握專業(yè)理論的工程應用方法。
本書可作為能源動力類、建筑環(huán)境類、化工類、機械類、材料類、航空航天類及電氣類等專業(yè)的專業(yè)基礎課或專業(yè)英語課教材,也可供相關技術人員參考。
本書遵循教指委相關指導文件和高等院校學生學習規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實踐相結合。
傳熱現象無處不在,無時不有。從自然界的春、夏、秋、冬四季更替,到日常生活中的衣、食、住、行各種活動,都與傳熱現象密切相關。工業(yè)生產和高新技術領域更是傳熱學應用的主場。在化工和煉油等流程性工業(yè)中,物料的加熱和冷卻都是熱能的傳遞過程,其傳熱效率決定了生產效率和能源利用效率。在能源動力、制冷空調和建筑環(huán)境等領域的設備系統(tǒng)中,各種形式的換熱器都是系統(tǒng)的關鍵設備。在航空航天和電子電氣等高新技術領域,航天器艙內需要保持恒定溫度,在大氣層飛行時其外殼需要絕熱良好;電子器件在運行時,需要高效散熱,這些都與傳熱息息相關。
傳熱學是研究溫差作用下熱能傳遞規(guī)律的科學,是能源與動力工程、過程裝備與控制工程、建筑環(huán)境與能源應用工程、新能源科學與工程、儲能科學與工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎課,也是專業(yè)核心課程。傳熱學課程注重理論與實踐相結合,在學生能夠熟練掌握熱量傳遞的基本規(guī)律、計算方法和應用技術的基礎上,培養(yǎng)學生分析與解決工程傳熱問題的能力,為后續(xù)專業(yè)課程的學習及將來從事相關專業(yè)技術工作,奠定堅實的理論與技術基礎。因此,學好傳熱學對于學生未來的事業(yè)發(fā)展至關重要。
本書在內容上突出了以下特點:
(1)英漢對照目前,國內外傳熱學教材已有許多版本,但還沒有英漢對照的雙語版本。為適應教育國際化發(fā)展的趨勢,培養(yǎng)既懂專業(yè)理論,又有國際交流能力的高素質人才,提高學生的英語綜合應用能力,增強學生將來的國際競爭力,出臺了一系列倡導高校開展雙語教學的政策。為了實現上述目標,由多所高校教學經驗豐富的任課老師合作編寫了本書。為了便于英漢對照,讓學生既能方便學習專業(yè)知識,又能準確理解相關專業(yè)英語的含義,本書采用雙欄排版方式,并按照知識內容的專業(yè)層次,盡量將其劃分成小段落。
(2)重點精講由于傳熱學的概念和理論較多,國內外學者在傳熱領域的新理論和新技術成果不斷涌現,所以目前傳熱學教材內容普遍較多。這雖然給學生提供了大量有價值的知識和資料,但也容易令初學者難以把握學習重點,產生畏難情緒。為此本書力求簡化理論推導過程和工程中應用較少的內容,精講基本概念和基礎理論,先打牢基礎,再結合實際工程需求,舉例說明傳熱學解決實際問題的一般方法和步驟,從而培養(yǎng)學生思考、分析和解決問題的能力,引導學生自主擴展學習。針對工程中常見的各類問題,編者對課后思考題、自測題和習題進行了精選,給學生留出思考的空間,讓學生通過精準練習來掌握方法和提升能力,避免題海戰(zhàn)術。
(3)課程思政黨的二十大報告明確指出要“全面貫徹黨的教育方針,落實立德樹人根本任務,培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人!眰鳠釋W內容與生活及生產息息相關,可挖掘的思政元素很多,在專業(yè)知識講授中開展課程思政,不僅可增強專業(yè)知識的趣味性和工程性,提升學習效果,而且有助于培養(yǎng)學生的社會主義核心價值觀,使學生成為理想遠大、信念堅定、拼搏進取的優(yōu)秀專門人才,為我國的可持續(xù)發(fā)展和民族復興做出貢獻。
(4)微課視頻本書為每一小節(jié)配套了重點講解視頻,視頻附有雙語字幕,以二維碼形式附在小節(jié)標題處,讀者掃描二維碼即可觀看或收聽本節(jié)內容講解。讀者也可登錄中國大學MOOC(https://www.icourse163.org/course/ZZU-1461084170)開展免費線上學習,并參與回答問題和線上討論等互動活動,提高學習效果。
本書不僅適用于能源動力類、建筑環(huán)境類專業(yè),而且同樣適用于化工、機械、材料、航空航天和電氣等專業(yè)。書中內容可以滿足56~64學時的教學需求,若根據專業(yè)需求選擇相關章節(jié)內容,也可滿足32~48學時的教學需求。
本書由鄭州大學吳金星任主編,并負責制訂教材編寫大綱和全書定稿;鄭州輕工業(yè)大學吳學紅、華北水利水電大學王為術、中原工學院鄭慧凡、河南科技大學梁坤峰任副主編;鄭州大學李松歌、肖嘉邦、徐耀、馬宇翔參與了翻譯、校對工作。此外,鄭州大學趙金輝、王丹、張東偉、李哲、陳雅博、王永慶等為本書編寫提供了幫助,王定標、曹海亮、王軍雷、涂維峰審閱了書稿并提出了中肯的修改意見,在此對他們表示感謝。
本書的編寫得到了鄭州大學本科重點教材建設項目的資助,也是國家級一流本科專業(yè)、河南省一流本科專業(yè)、河南省一流本科課程、河南省本科高等學校精品在線開放課程、高等學校能源動力類教學研究與實踐項目、鄭州大學一流本科重點課程、鄭州大學課程思政教育教學改革示范課程等項目的建設成果。
在本書編寫過程中,編者參考了很多專家學者的相關教材、著作和論文,在此一并致謝!
限于編者水平,書中難免有不妥之處,敬請廣大讀者批評指正。
編者
高等院校教師
前言
Chapter 1
The Basic Modes of Heat Transfer/第1章
熱量傳遞的基本方式/
1.1Importance of Heat Transfer/1.1傳熱學的重要性/
1.2Research Content and Methods of Heat Transfer/1.2傳熱學的研究內容及方法/
1.3Heat Conduction and Its Laws/1.3熱傳導及其規(guī)律/
1.4Heat Convection and Its Laws/1.4熱對流及其規(guī)律/
1.5Thermal Radiation and Its Laws/1.5熱輻射及其規(guī)律/
1.6Heat Transfer Process and Calculation of Its Heat Transfer Coefficient/1.6傳熱過程及其傳熱系數計算/
Exercises/
習題/
Chapter 2
Steady-state Heat Conduction/第2章
穩(wěn)態(tài)熱傳導/
2.1The Basic Law of Heat Conduction/2.1導熱基本定律/
2.2Thermal Conductivity/2.2導熱系數/熱導率/
2.3The Differential Equation of Heat Conduction/2.3導熱微分方程式/
2.4The Definite Solution Conditions of a Heat Conduction
Process/2.4導熱過程的定解條件/
2.5The Steady-state Heat Conduction of a Single-layer Plane
Wall/2.5單層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱/
2.6The Steady-state Heat Conduction of a Multilayer Plane
Wall/2.6多層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱/
2.7The Steady-state Heat Conduction of a Single-layer Cylinder
Wall/2.7單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱/
2.8The Steady-state Heat Conduction of a Multilayer Cylindrical
Wall/2.8多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱/
2.9The Steady-state Heat Conduction with Complex Boundary
Conditions/2.9復雜邊界條件的穩(wěn)態(tài)導熱/
2.10The Enhanced Heat Transfer Methods for a Heat Transfer
Process/2.10傳熱過程的強化傳熱方法/
2.11The Heat Conduction Analysis of the Straight Fin with
Constant Cross-section/2.11等截面直肋的導熱分析/
2.12An Application Case of Heat Conduction of Fins—a
Thermowell/2.12肋片導熱的應用案例——溫度計套管/
2.13Fin Efficiency and Contact Thermal Resistance/2.13肋片效率與接觸熱阻/
2.14An Application Case of Heat Conduction of Fins—
Plane-plate Type Solar Collector/2.14肋片導熱的應用案例——平板式太陽能集熱器/
2.15One-dimensional Steady-state Heat Conduction with an
Internal Heat Source/2.15有內熱源的一維穩(wěn)態(tài)導熱/
Exercises/
習題/
Chapter 3
Unsteady-state Heat Conduction/第3章
非穩(wěn)態(tài)熱傳導/
3.1The Characteristics of Unsteady-state Heat Conduction/3.1非穩(wěn)態(tài)導熱的特點/
3.2Biot Number and Characteristic Numbers/3.2畢渥數及特征數/
3.3The Analysis Method of Zero-dimensional Problem/3.3零維問題的分析法/
3.4The Application of the Lumped Parameter Method/3.4集中參數法的應用/
3.5The Analytical Solution of One-dimensional Unsteady-state
Heat Conduction of an Infinite Plane Plate/3.5無限大平板一維非穩(wěn)態(tài)導熱
分析解/
3.6The Analytical Solution of Unsteady-state Heat Conduction of
Semi-infinite Objects/3.6半無限大物體非穩(wěn)態(tài)導熱
分析解/
Exercises/
習題/
Chapter 4
Numerical Solution of a Heat Conduction
Problem/第4章
熱傳導問題的數值解法/
4.1The Numerical Solution Steps of a Heat Conduction
Problem/4.1導熱問題數值求解步驟/
4.2Establishment of the Discrete Equations of Internal Nodes—
Taylor Series Method/4.2內節(jié)點離散方程的建立——泰勒級數法/
4.3Establishment of the Discrete Equations of Internal Nodes—
The Heat Balance Method/4.3內節(jié)點離散方程的建立——熱平衡法/
4.4Establishment of the Discrete Equations of Boundary
Nodes/4.4邊界節(jié)點離散方程的建立/
4.5The Iteration Solution Method of Algebraic Equation
Group/4.5求解代數方程組的迭代法/
Exercises/
習題/
Chapter 5
Theoretical Basis of Convection Heat
Transfer/第5章
對流傳熱的理論基礎/
5.1The Influencing Factors of Convection Heat Transfer/5.1對流傳熱的影響因素/
5.2The Differential Equation of Convective Heat Transfer
Process/5.2對流傳熱過程微分方程式/
5.3The Differential Equation Group of Convection Heat
Transfer/5.3對流傳熱微分方程組/
5.4The Boundary Layer/5.4邊界層/
5.5The Differential Equation Group of Heat Transfer in Laminar
Boundary Layer/5.5層流邊界層傳熱微分方程組/
5.6Local Convective Heat Transfer Coefficient in Laminar
Boundary Layer/5.6層流邊界層局部表面?zhèn)鳠?br>系數/
5.7The Calculation Examples of Heat Transfer in Laminar
Boundary Layer/5.7層流邊界層傳熱計算實例/
Exercises/
習題/
Chapter 6
The Experimental Correlations of Convection
Heat Transfer/第6章
對流傳熱的實驗關聯式/
6.1The Similarity Principle/6.1相似原理/
6.2The Similarity Analysis Method