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內容介紹
《工程傳熱傳質學（第2版）》是為滿足研究生 培養需要而撰寫的。全書共16章，分上、下兩冊。本 書是其中的下冊，由王補宣編著。本書包括第8～16 章。第8～15章主要介紹自然對流受迫對流換熱，相 變傳熱傳質，多孔介質熱、濕遷移，換熱器的熱計算 ，高速氣流與稀薄氣體的傳熱傳質，微尺度傳熱傳質 。第16章對現代傳熱領域中一些專題進行介紹，著重 考慮傳熱基本方式有機組閤的分析原理。前後呼應， 力求達到全書風格的統一。注意求實地介紹當前高新 技術發展中的前沿性研究動態，以開闊視野。
本書可供從事傳熱傳質研究和高新技術開發研究 的工程設計人員參考，也可供高等院校師生，從事交 叉學科領域及需要充實傳熱傳質基礎知識及其運用者 參考。


目錄
目錄 第二版前言 第*版(下冊)前言 第8章 流體自由運動時的放熱 347 §8-1 自然對流的相似數 347 §8-2 竪平闆的無界自然對流 354 §8-3 無限空間的自由對流 370 §8-4 有限空間的自然對流 380 §8-5 由離心力産生的自然對流 386 §8-6 自由運動和受迫運動的混閤對流換熱 390 參考文獻 391 第9章 單相流體受迫運動時的放熱 395 §9-1 流體流過管道時的放熱過程 395 §9-2 管內受迫層流時的放熱 410 §9-3 管內受迫湍流時的放熱 425 §9-4 橫嚮繞流時的放熱 430 §9-5 場協同機製 438 §9-6 衝擊噴注 439 參考文獻 441 第10章 相變傳熱 445 §10-1 物質的相態變化 445 §10-2 凝結 450 §10-3 池內沸騰 463 §10-4 流動沸騰 481 §10-5 液滴蒸發與噴霧冷卻 500 §10-6 熱管原理 503 §10-7 凝固和熔化 506 參考文獻 511 第11章 傳質與熱？質遷移 516 §11-1 等溫下的分子擴散傳質 516 §11-2 等溫下的對流擴散傳質 521 §11-3 相際傳質 528 §11-4 有傳熱耦閤時的傳質 531 §11-5 溶液沸騰和混閤氣冷凝 537 §11-6 自然環境中的傳熱傳質 540 §11-7 有化學變化時的傳熱傳質 544 參考文獻 548 第12章 多孔介質的傳熱傳質 550 §12-1 多孔介質的宏觀性質 550 §12-2 多孔介質滲流的分析模式 556 §12-3 多孔介質中的自然對流 562 §12-4 多孔介質中的受迫對流 570 §12-5 毛細壓力和滯後現象 580 §12-6 多孔介質中的沸騰與凝結 582 §12-7 含濕多孔介質的凍結和融化 586 參考文獻 589 第13章 換熱器傳熱 593 §13-1 換熱器基本類型的概述 593 §13-2 換熱器設計和選用的熱計算 600 §13-3 換熱器傳熱的平均溫差 604 §13-4 換熱器的有效度和傳熱單元數 612 §13-5 迴熱器 619 參考文獻 624 第14章 高速氣流和稀薄氣體的傳熱 626 §14-1 高速氣流的氣動加熱 626 §14-2 高速氣流可壓縮連續流的對流換熱 631 §14-3 稀薄氣流的對流換熱 634 §14-4 發散冷卻 640 §14-5 重迴大氣層的傳熱與燒蝕 646 參考文獻 652 第15章 微尺度傳熱 654 §15-1 微尺度的屬性 654 §15-2 微管對流換熱 656 §15-3 微通道和微結構中的相變傳熱 657 §15-4 納米流體的熱物性和熱過程 658 參考文獻 663 第16章 傳熱學個彆專門領域的介紹 667 §16-1 低溫傳熱 667 §16-2 等離子體傳熱和電磁場作用下的傳熱 676 §16-3 非牛頓流體傳熱 681 §16-4 生物傳熱 691 參考文獻 697 索引 701

在綫試讀
第8章流體自由運動時的放熱 §8-1自然對流的相似數 §7-1？§7-2和§7-5以及§7-7詳細討論瞭對流換熱的物理基礎與相應的數學模型,指明放熱過程和流體運動的狀況直接有關,並以單相不可壓流體沿幾何形狀zui簡單的平闆無界流動為例,揭示邊界層層流和邊界層湍流時放熱的分析解法(見§7-3和§7-4)？比擬解法(見§7-6)和相似分析與實驗相結閤的解法(見§7-8)？應當看到:流體受迫沿平闆層流時,精確的實驗數據主要用來精確檢驗理論計算的結果;而流體受迫沿平闆邊界層湍流時,可靠的實驗數據還是理論賴以建立和取得進展的必要依據,據以提供原則性解釋現有測試數據的方法,得到通用的數據綜閤式,閤理內插或外推到尚無實驗數據的條件下？迄今為止,湍流放熱仍需藉助於實驗數據的綜閤,原因是:人們對湍流的質量？動量和能量的湍流輸運機理還沒有瞭解清楚？ 本章將在§7-1？§7-2？§7-5和§7-8的基礎上,分析地球引力場的徹體力(體積力)作用影響下的對流換熱？這主要是指浮升力作用下的自由運動放熱,但§8-5也將涉及在高速鏇轉物體的離心力作用下流體密度的變化所引起的自然對流？兩種分子量彼此不同的物質之間的擴散傳質,同樣會由於密度差異而形成自然對流？除瞭重力場之外,導電流體在電磁場裏還會受到電磁力作用下的“徹體力”,這將在第16章中作為個彆問題處理？ 由浮升力産生的運動,也涉及許多地球物理現象和天體物理現象,如氣象學界所關心的自然環境中大氣對流穩定性問題[1]？而一些新技術裝置,如太陽能集熱器等的發展,促進瞭有限空間即有界自然對流的深入研究[2]？熱工學傢所關心的往往是傳熱的增強或者減弱;而地球物理學傢卻更多地著眼於搞清流體的流場和溫度分布,並非局限在固體界麵到流體之間的傳熱量問題？不過,物理學傢和熱工學傢相互從學術交流中相互得到啓發,深化瞭對自然對流過程機理的瞭解[3]？ 1. 自然對流的特點和基本方程 當流體被所接觸的固體錶麵加熱或者冷卻時,流體內部將齣現不均勻的溫度分布,因冷？熱各部分密度不同而引起升沉對流？這是眾所周知的流體由浮升力産生的自然對流或稱為自由運動？浮升力是在重力場中不同地點的溫度差異所造成的重力差,由此産生的流體自由運動隻限於有溫度梯度存在的流體區？正像圖8-1-1所錶明的,被竪平闆加熱的流體二維無界自然對流時(無界的含義早在§1-4中就已指明),邊界層以外的流體溫度將接近t∞=常量而使流體幾乎保持靜止,即如果是等溫竪平闆,t但由於邊界層厚度δx是x和y的函數,邊界層裏的流體溫度t將是x和y的函數？受壁麵摩擦的影響,通過流體的黏性反映為y→0時的流體流速降為零值;而在邊界層以外,又因浮升力趨近於零,u→0和v→0？結果,勢必在邊界層內齣現umax,如圖8-1-1所示？x大於某一臨界值xc後,邊界層將從層流嚮湍流過渡,從部分湍流的“鬈流”zui終發展為劇烈的“漩流”,圖8-1-2形象地描繪齣所觀測到的這種局部放熱係數αcx沿竪壁或竪管高度改變的情況及其和空氣自由運動流型性質的聯係？圖8-1-1和圖8-1-2所錶示的都是流體受熱亦即時的情況？ 圖8-1-1流體受熱時,二維無界自然對流的溫度分成和速度分布 圖8-1-2空氣自由運動時,放熱係數沿竪闆高度改變的情況及其和流型的聯係 流體在浮升力作用下的自由運動完全取決於流體與固體錶麵之間的換熱,常局限在距壁麵不遠的範圍內,運動的速度受製於錶麵溫度tw與遠離錶麵的流體溫度t∞相差的大小,這種運動速度終究比較有限,往往小到難以測準？因此,αc將明顯低於在風機？水泵等外力作用下受迫對流時的值？在強加熱的情況下,如過度加大電爐發熱的功率,會使電熱絲的溫度迅速上升甚至被燒毀？盡管如此,工程設施仍有相當一部分依靠自然對流散熱冷卻？像輸電綫？變壓器？整流器？電機外殼？建築物圍護結構以及熱網管道等對大氣的散熱,加工件在靜止的油槽或者水浴內被淬火冷卻,利用暖氣片室內采暖等,都是這方麵的實例？人體在無風大氣裏的散熱也是采用以自然對流為主控的傳熱機理？“遊泳池式”核反應堆同樣是利用水的自然對流冷卻堆芯？正因為流體自由運動時的放熱有其實用價值,從19世紀80年代起[4]就吸引瞭一些研究者的注意,特彆是20世紀40年代以來進行瞭大量的係統研究,大空間的無界穩定自然對流已被研究得比較完善[5-7]？但迄今依舊存在著一些有待研究解決的課題,如復雜形狀的物體？復雜的邊界條件？角隅的局部放熱係數的分布？變物性的考慮等？而電子和微電子器件的自然對流散熱和熱控製技術則涉及諸如集成電路芯片闆的特定分布熱源等問題[8,9]？ 參看圖8-1-1,對於不可壓流體的穩定二維自然對流,由式(7-2-3),流動的連續性方程為 由式(7-2-13),μ取作常量時的動量方程為 由式(7-2-18),常物性和流體無內熱源(包括不考慮黏性摩擦熱)時的能量方程為 注意,在圖8-1-1中,tw,x>t∞,流體被加熱而沿壁麵上升時,矢量g與x軸異嚮,式(8-1-2)應記作 同時,在任何給定高度x處的橫截麵上,可以認為px=p∞x;而邊界層以外即y≥δ時,u→0？v→0和壓力常量？可由式(8-1-2)得到 這錶明:在重力場中,x高度處的流體壓力p與y無關,壓力梯度px=dp∞dx代錶邊界層以外dx段流體單位截麵積的重量ρ 式(8-1-1)？式(8-1-3)和式(8-1-5)是不可壓牛頓流體二維無界自由運動時放熱的基本微分方程組,不僅嚴格適用於邊界層層流,也常被推廣用於邊界層湍流,隻要u？v？t一律改用時均值,並用a+εT置換a,用置換μ或者用v+εM置換v(詳見§7-5)？常物性(包括μ取作常量)的假定,除非過大,或者在近臨界區(參見第16章),對於通常的自然對流來說,是可接受的？自由運動的速度比較小,黏性摩擦熱總可忽略不計？而式(8-1-4)即式(7-1-7)的適用性已在§7-1中討論過？對於遠離臨界態的氣體,可依式(7-1-8)取或 於是,這組基本微分方程連同具體的邊界條件,可用來求解不可壓牛頓流體二維無界自由運動時的速度場和溫度場？然後,由式(7-1-3)不難得到局部放熱係數αcx,即 從x=0到x的平均放熱係數 2. 相似分析 隻有zui簡單的一些情況,如被等溫竪平闆？等溫橫圓柱體加熱(或者冷卻)時的流體無界層流自然對流,纔能從上列基本微分方程組直接得到精確解或者從邊界層積分方程組得到近似解？但總可由基本微分方程通過“相似原理”(見§7-6)分析求得“相似數”,以綜閤實驗數據,並作齣相應的討論？ §7-8已給齣不可壓流體沿大平闆邊界層穩定層流時對式(7-3-6)進行相似分析的方法？現象I和II都是不可壓流體被竪平壁加熱所産生的穩定自由運動,都應遵循式(8-1-5),可寫作 兩現象相似時,同一個物理量或者同一組物理量,如這裏的浮升力A=(βg)ρ就必須在相對應的地點和相對應的瞬間保持各自的一定比例,即相似倍數c應有 得到兩個各等於1的“相似指標”？由式(i)導齣以x作為“特徵尺寸”的相似數為無量綱的雷諾數Rex？由於自由運動的速度小,常常難以在實驗中測準,如把式(i)和式(j)相乘,可消去相似倍數cw,將派生齣第三個相似指標為 這是一個以x作為特徵尺寸的無量綱相似數,國際上把它命名為“格拉曉夫(Grashof)數”①;其中,還與y有關？ 按照相似原理,對於不可壓流體的穩定自然對流,在保證幾何相似和邊界條件相似的模型中,例如都是被等溫竪平壁加熱或者冷卻所産生的無界穩定自由運動,隻要流體受到的慣性力與黏性力之比和浮升力與黏性力之比在任何相對應的地點各保持相同,速度場就必定相似？式(i)所錶示的,正是式(e)中等號左邊的慣性力與等號右邊第二項的黏性力之比在一切相對應地點保持同值,從而限定各相關物理量的相似倍數必須受相應的相似指標恒等於1的製約,相似數Rex固然可以不是常量而可在不同的地點有不同的值,但兩個相似現象在任何相對應的地點的Rex卻必須保持等值？作為相似數的Gr,就其本質來說,源於式(j),隻是用cw=cνcl代入以消去cw？因此,在相對應的地點Grx保持同值,將意味著浮升力與黏性力之比相同？留意:與“Rex隻是慣性力與黏性力之比的某種量度,並不就是慣性力與黏性力之比”一樣,Grx也隻是浮升力與黏性力之比的某種量度,並不就是浮升力與黏性力的比值？ 自由運動的特點是運動的速度取決於浮升力與黏性力之比,從而齣現圖8-1-1中的ux(y)在同一個x截麵上有一個zui大值？這錶明,Rex不是一個獨立的相似數,而是取決於作為衡量浮升力與黏性力比值的Grx的因變量,或Rex=φ(Grx)？於是,自由運動時的流速將僅僅取決於Gr(x,y),隻要任何相對應的地點Gr值保持相同,兩個不可壓流體穩定自由運動的速度場就相似,或u/u∞在相應的地點保持相等？讀者可自行對式(8-1-3)和式(8-1-7)進行相似分析而導得另外兩個相似數Pr和Nu？由式(8-1-1)並沒有再得到新的相似參數？其實,式(7-1-20)已直接指明努賽爾數Nux是x截麵上壁麵處流體的無量綱溫度梯度,而流體的無量綱物性參數Pr錶徵溫度場與速度場之間的內在聯係,如果相似數Gr和Pr在相對應地點各保持相同的值,任何相對應的x截麵上Nux也必然相同,或留意:Grx應是x截麵上臨近壁麵處即y→0時的值,或 對於自然對流來說,Grx的作用就像受迫對流時的Rex一樣,是判斷x截麵上邊界層內流體流動的基本類型為層流還是湍流的依據,存在著一個臨界的格拉曉夫數？如果把Nux沿整個壁麵積分平均,並選取整體的代錶尺寸l,如把竪壁高度作為
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