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第1章 热传导理论分析1

1.1 导热理论基础1

1.1.1 傅里叶定律1

1.1.2 导热微分方程1

1.1.3 不同正交坐标系中的热传导方程2

1.1.4 边界条件3

1.1.5 齐次与非齐次问题4

1.2 分离变量法4

1.2.1 直角坐标系中的分离变量法4

1.2.2 一维问题的分离变量法6

1.2.3 半无限大物体的导热9

1.2.4 乘积解13

1.2.5 圆柱坐标系中的分离变量法14

1.3 格林函数法18

1.3.1 求解非齐次非稳态热传导问题的格林函数18

1.3.2 格林函数的确定20

1.3.3 格林函数法在直角坐标系中的应用20

1.4 杜哈美尔定理法24

1.4.1 杜哈美尔定理的表述24

1.4.2 杜哈美尔定理的应用25

参考文献27

第2章 对流换热分析29

2.1 对流换热微分方程29

2.1.1 连续性方程29

2.1.2 动量方程30

2.1.3 能量方程31

2.1.4 紊流换热方程33

2.2 边界层方程35

2.2.1 二维直角坐标下的层流边界层方程35

2.2.2 边界层方程的数学和物理性质38

2.2.3 圆管内的边界层方程39

2.3 非耦合外部层流边界层换热40

2.3.1 纵向绕流平壁换热40

2.3.2 纵向绕流楔形物体换热45

2.3.3 轴对称流动滞止区域换热49

2.4 通道内非耦合层流换热52

2.4.1 流动起始段和充分发展段52

2.4.2 热起始段和充分发展段55

2.4.3 圆管内层流充分发展段的换热57

2.4.4 非圆形通道内层流充分发展段的换热59

2.4.5 圆管起始段的换热60

2.5 高速流动换热与自然对流换热62

2.5.1 考虑黏性耗散的泊肃叶流动62

2.5.2 自然对流换热边界层方程64

2.5.3 竖平壁上常物性层流自然对流换热的相似解66

参考文献70

第3章 辐射传热分析与计算72

3.1 黑体辐射72

3.1.1 黑体的基本特性72

3.1.2 黑体总辐射力——Stefan-Boltzmann定律72

3.1.3 黑体的方向辐射力——Lambert余弦定律73

3.1.4 黑体辐射的光谱分布——Planck定律74

3.1.5 黑体辐射的最大光谱强度的波长——Wien位移定律74

3.2 非黑表面辐射性质的定义75

3.2.1 发射率75

3.2.2 吸收率77

3.2.3 反射率79

3.2.4 反射率、吸收率和发射率之间的关系80

3.3 温度均匀的黑体表面间的辐射换热81

3.3.1 两个微元黑表面间的辐射换热81

3.3.2 角系数及其计算方法82

3.3.3 由宏观黑表面构成的封闭腔内的辐射换热87

3.4 由漫-灰表面构成的封闭腔内的辐射换热90

3.4.1 由有限大面积构成的封闭腔90

3.4.2 由无限小面积构成的封闭腔94

参考文献97

第4章 建筑环境传热99

4.1 建筑环境参数99

4.1.1 室内参数99

4.1.2 室外参数100

4.2 建筑稳态传热103

4.2.1 维护结构的导热103

4.2.2 附加耗热量103

4.2.3 门窗缝隙冷风渗透耗热量103

4.2.4 室内外对流换热系数104

4.3 建筑瞬态传热104

4.3.1 土壤内的温度波动104

4.3.2 墙体的温度波动105

4.3.3 蓄热系数与热惰性指标107

4.3.4 夏季空调负荷计算简介108

4.4 建筑节能技术概述110

4.4.1 保温隔热技术110

4.4.2 热泵技术110

4.4.3 蓄冷技术112

4.4.4 热电冷联供系统112

4.4.5 太阳能采暖与空调113

参考文献114

第5章 相变传热与蓄热116

5.1 概述116

5.2 沸腾传热118

5.2.1 沸腾工况118

5.2.2 沸腾成核理论119

5.2.3 池内沸腾122

5.2.4 池沸腾的临界热流密度124

5.2.5 流动沸腾125

5.3 凝结传热127

5.3.1 凝结成核理论127

5.3.2 单一工质的膜状凝结129

5.3.3 蒸气混合物的膜状凝结130

5.3.4 珠状凝结简介132

5.4 凝固和熔解传热133

5.4.1 液体的凝固133

5.4.2 固体的熔解——给定壁面温度136

5.4.3 固体的熔解——给定壁面热流密度137

5.5 萘升华及其传热应用138

5.5.1 萘的物理性质138

5.5.2 用萘升华模拟对流传热的实验原理138

5.5.3 几个相关问题的讨论139

5.6 蓄热技术简介140

5.6.1 显热蓄热141

5.6.2 相变蓄热142

5.6.3 冰蓄冷技术143

参考文献144

第6章 航天器热控制基础146

6.1 航天器热控制概述146

6.1.1 航天器的分类146

6.1.2 航天器轨道147

6.1.3 航天器热控制内容148

6.1.4 航天器热控制的任务149

6.2 空间热环境149

6.2.1 地球轨道的空间热环境149

6.2.2 地球轨道的空间外热流153

6.2.3 月球的热环境154

6.2.4 发射和上升阶段的热环境155

6.3 航天器热分析计算157

6.3.1 航天器的空间热平衡157

6.3.2 航天器温度计算159

6.4 被动热控技术160

6.4.1 热控涂层160

6.4.2 多层隔热组件162

6.4.3 热管163

6.4.4 相变材料热控166

6.5 主动热控技术169

6.5.1 热控百叶窗169

6.5.2 热开关171

6.5.3 热二极管171

6.5.4 流体循环热控系统173

6.5.5 电加热控制技术174

6.5.6 航天器中的低温制冷方法175

6.6 空间热辐射器179

6.6.1 热管辐射器179

6.6.2 肋片管循环式辐射器181

6.6.3 可展开式辐射器182

6.6.4 液滴式辐射器183

参考文献184

第7章 多孔介质中的传热与传质186

7.1 多孔介质的孔隙度与渗透率186

7.1.1 多孔介质的基本概念186

7.1.2 孔隙度187

7.1.3 渗透率与达西渗流模型188

7.2 多孔介质中流动与传热的数学模型189

7.2.1 达西定律189

7.2.2 达西定律的修正——Brinkman方程189

7.2.3 能量方程190

7.3 多孔介质传热的工程应用190

7.3.1 沿水平板强制对流换热的比较190

7.3.2 土壤内的热湿迁移191

7.3.3 生物组织中的热质传输192

7.4 分形理论及其应用简介193

7.4.1 分形维数的概念194

7.4.2 多孔介质结构的分形描述195

7.4.3 多孔介质渗透率的分形研究196

参考文献197

第8章 微／纳米尺度传热简介199

8.1 微尺度传热的一些典型问题199

8.2 微尺度传热的分析方法201

8.2.1 玻尔兹曼输运理论201

8.2.2 分子动力学理论204

8.2.3 直接蒙特卡罗模拟方法206

8.3 微／纳米介质中的热传导208

8.3.1 傅里叶定律的适用性问题208

8.3.2 热传导的边界散射效应209

8.3.3 导热率的尺寸效应211

8.3.4 薄膜比热容的尺寸效应212

8.3.5 微／纳尺度导热的非傅里叶效应214

8.4 微尺度对流传热215

8.4.1 微槽内的单相对流传热215

8.4.2 微尺度下气体可压缩性及稀薄效应218

8.4.3 关于边界速度滑移与温度跃变219

参考文献219

附录 高斯误差函数及其性质222