《传热学（第二版）/“十二五”江苏省高等学校重点教材》是“十二五”江苏省高等学校重点教材，是在第一版的基础上，根据教育部制定的“高等学校工科本科传热学课程教学基本要求”，并结合近年来教学改革成果修订而成。《传热学（第二版）/“十二五”江苏省高等学校重点教材》第一版是江苏省高等学校立项精品教材。
《传热学（第二版）/“十二五”江苏省高等学校重点教材》在内容上力争既体现航空航天科学技术特色，又兼顾专业面向，注重学生能力的培养，以适应传热学课程研究性教学理念转变和创新型人才培养的需要。《传热学（第二版）/“十二五”江苏省高等学校重点教材》内容共9章。第1～8章主要介绍传热学的基本理论，包括绪论、导热基本定律及稳态导热、非稳态导热、对流换热的理论分析、单相流体对流换热的准则关联式、有相变的对流换热、热辐射的理论基础和辐射换热的计算等内容；第9章遴选了导热问题的数值计算、换热器热计算、对流换热强化技术、传质学简介和红外抑制器简介五个专题。
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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 传热的三种基本方式 2
1.2 综合的传热方式 6
1.3 控制体的能量守恒 8
1.4 传热学的研究方法 8
1.5 传热研究在航空宇航科学技术中的典型应用 9
思考题 17
练习题 17
参考文献 18
第2章 导热基本定律及稳态导热 20
2.1 导热基本定律 20
2.2 导热微分方程及单值性条件 25
2.3 一维稳态导热 28
2.4 临界绝热直径 38
2.5 通过肋壁的导热 40
2.6 等截面肋片的肋化判据 47
2.7 接触热阻 49
2.8 二维稳态导热 50
2.9 等截面直肋一维修正导热方程及近似解 52
思考题 55
练习题 56
参考文献 59
第3章 非稳态导热 60
3.1 非稳态导热的基本概念 60
3.2 集总参数法 62
3.3 表面对流换热热阻忽略的一维非稳态导热 67
3.4 正规状况阶段 68
3.5 一维非稳态导热的实用计算方法 69
3.6 非傅里叶效应概述 76
思考题 77
练习题 78
参考文献 79
第4章 对流换热的理论分析 81
4.1 对流换热概述 81
4.2 对流换热过程的数学描写 84
4.3 对流换热的边界层微分方程组 87
4.4 外掠平板的边界层积分方程组及其求解 91
4.5 湍流的影响 96
4.6 边界层类比 97
4.7 管内层流充分发展对流换热理论解 98
思考题 104
练习题 105
参考文献 106
第5章 单相流体对流换热的准则关联式 107
5.1 相似理论概述 107
5.2 管内强迫对流换热 120
5.3 外掠强迫对流换热 125
5.4 自然对流换热 135
5.5 混合对流换热 141
5.6 气膜冷却的相似准则 142
5.7 射流冲击的对流换热准则 147
5.8 肋壁通道的对流换热准则 150
思考题 152
练习题 153
参考文献 155
第6章 有相变的对流换热 156
6.1 凝结换热 156
6.2 沸腾换热 164
6.3 热管的概念 173
思考题 175
练习题 176
参考文献 177
第7章 热辐射的理论基础 178
7.1 热辐射的基本概念 178
7.2 黑体辐射基本定律 183
7.3 实际固体和液体的辐射特性 188
7.4 气体辐射特性 194
思考题 203
练习题 204
参考文献 205
第8章 辐射换热的计算 206
8.1 被透明介质隔开的两表面间辐射换热 206
8.2 被透明介质隔开的封闭系统表面间辐射换热 216
8.3 遮热板 222
8.4 气体与包壳间的辐射换热 226
8.5 被非透明介质隔开的两表面间辐射换热 227
8.6 辐射换热与对流换热的耦合 229
思考题 231
练习题 232
参考文献 234
第9章 几个专题 235
9.1 导热问题的数值计算 235
9.2 换热器热计算 248
9.3 对流换热强化技术 258
9.4 传质学简介 274
9.5 红外抑制器简介 283
思考题 287
练习题 287
参考文献 289
附录 291
附录1 常用单位换算表 291
附录2 金属材料的密度、比热容和导热系数 292
附录3 保温、非金属材料的密度和导热系数 293
附录4 大气压力下几种气体的热物理性质 295
附录5 空气在不同压力和温度下的热物理性质 298
附录6 干饱和水蒸气的热物理性质 299
附录7 大气压力下标准烟气的热物理性质 300
附录8 大气压力下过热水蒸气的热物理性质 301
附录9 饱和水的热物理性质 301
附录10 几种饱和液体的热物理性质 302
附录11 液态金属的热物理性质 304
附录12 材料发射率 306
《传热学（第二版）/“十二五”江苏省高等学校重点教材》：
第1章 绪论
传热学是研究由温度差引起的热量传递规律的一门科学（Heat transfer is the science that deals with the determination of the energy transfer rate as a result of a temperature difference）。
能量以不同的形式存在于自然界中。基于热力学的定义，热（heat）是一种传递中的能量。传递中的能量不外乎是处于无序状态的热和有序状态的功，它们的传递过程常常发生在能量系统处于不平衡的状态下，而系统的状态是可以用其状态参数来确定的。对于一个不可压缩的热力学系统而言，温度的高低就反映了系统能量状态的高低和单位质量系统内热能（或称热力学能，简称内能）的多少。热力学第二定律告诉我们，能量总是自发地从高能级状态向低能级状态传递和迁移。因此，热的传递和迁移就会发生在热力学系统的高内能区域和低内能区域之间，也就是高温区域和低温区域之间。对于自然界的物体和系统，将其视为热力学系统时，它们往往是处于能量不平衡的状态之下，各部位存在着压力差和温度差，因而功和热的传递是一种非常普遍的自然现象。
传热学的应用十分广泛。几乎所有的工程领域都会遇到一些在特定条件下的传热（heat transfer）问题，甚至有伴随相变（phase change）和传质（mass transfer）过程的复杂传热问题。例如，在评价锅炉、制冷机、换热器和反应器等各类动力装置的设备大小、能力和技术经济指标时，就必须进行详细的传热分析；一些工作在高温环境中的部件，如燃气轮机的透平叶片和燃烧室能否在设计工况下正常、长期地运行，将取决于保护金属材料的冷却措施是否可靠合适，同时还必须重视热应力和由此引起的形变等问题；许多新兴技术装备，如原子反应堆的堆芯、大功率火箭的喷管、集成的电子器件和要求重返地面的航天飞行器等，成功的设计都必须严密控制传热情况，维持合理的预期工作温度；在机械制造工艺方面，不仅热加工过程牵涉温度分布及其随时间变化速率的控制问题，精密机床的切削速度也会引起刀具和工件的发热，影响加工精度和刀具寿命；在电子技术领域，随着大规模集成电路的集成密度不断提高，电子器件每平方厘米的功率已由20世纪70年代的10W左右提高到21世纪初的百瓦量级以上，电子器件的冷却问题已成为影响其寿命和可靠性以及向更高程度集成的关键技术之一；在航空动力领域，提高涡轮前燃气温度是增加航空发动机推重比、减少燃油消耗的重要措施，随之带来的发动机热端部件强化冷却以及发动机排气系统红外辐射抑制等关键技术需要不断突破；当飞行器穿过含过冷水滴的云层或者在有冻雾的气象条件下飞行时，机翼和发动机进气道前部容易形成结冰，必须采取有效的防冰/除冰技术来保障飞行的安全性。所有这些列举的传热问题，归纳起来有两种类型：一类是着眼于传热速率及其控制问题，或者增强传热、缩小设备尺寸或提高生产能力，或者削弱传热、避免散热损失或保持设备正常运行的温度控制；另一类则着眼于温度分布及其控制问题。要解决这些问题，都需要以传热学理论为支撑。
近些年来，能源技术、环境技术、材料技术、信息技术和空间技术等现代科学技术的进步给传热学学科提出了许多新的研究课题：涉及太阳能、地热能等新能源开发利用中的产热、蓄热和放热等问题；涉及空间技术中的微重力场下的传热问题；涉及材料技术中的微尺度传热问题。这些现代科学技术的发展同时也推动了传热学学科的不断发展，促进传热学的理论体系日趋完善，内容不断充实，研究手段也更加完备。可以说传热学是现代技术科学中充满活力的主要基础学科之一。
传热学也是一门涉及能量利用的科学。与热力学的差异和相关性体现在，热力学讨论的是系统的平衡过程，即系统内热能与其他形式能量之间的转换规律，关注的是当系统经历从一个平衡状态到达另一个平衡状态的过程时热量传递的“量（amount）”；传热学则主要分析系统内或系统间发生的热量传递“速率（rate）”，即热能传递的不平衡过程。在以热能作为研究对象时，系统内或系统间的传热过程总是受热力学的基本定律所支配：热力学第一定律要求在传热过程中能量必须守恒，也就是说，一系统失去的热量必等于另一系统（或环境）得到的热量；热力学第二定律要求热量自发地从高温部分传给低温部分，显示了热量传递的方向性。在传热学文献中经常使用“能量平衡”或“热平衡”（energy or heat balance）这一术语作为热力学第一定律的简单称谓。
利用工程热力学的方法可以从理论上分析热力系统的状态、能量传递和迁移的多少以及系统的发展方向与性能的优劣。但是，能量以何种方式传递和迁移？传递和迁移的速率以及能量状态随时间和空间的分布如何？热力学都没有给予回答。处理和解决诸如此类的问题就是传热学的根本任务所在。例如，对于一个物体的加热过程，我们可以将其视为一个热力学过程，因此，热力学可以根据能量守恒的原则（conservation of energy principle），研究这一系统最终达到的平衡温度，以及初态与终态之间的系统内能变化；而传热学则是基于热传递现象的机理，研究该物体在达到平衡以前的任何时刻、任意位置的温度变化，以及加热过程中热量随时间的变化关系。
以热形式传递的能量难以直接测量，但它总是与可测量的物理量“温度（temperature）”有关系。因此，在传热研究中，知悉系统内的温度分布，具有十分重要的意义。一旦知道了温度分布，就可以根据有关定律求出热量的传递速率。
表征热量传递速率的物理参数：
（1） 热流量（heat transfer rate）Φ。单位时间内通过某一给定面积传递的热量，单位为瓦（W）。
（2） 热流密度（heat flux）q。单位时间内通过单位面积传递的热量，单位为瓦/米2（W/m2）。
热量传递按其不同机理可归纳为三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。在大多数实际传热过程中，系统内的温度分布，常常是两种或三种传热基本方式综合作用的结果。要想从这种综合作用中，单独考察某一种传热方式作用的效果，往往是十分困难的。但是，为了分析上的方便，常常在某些场合，忽略次要的传热方式，只考虑某一种主要的传热方式。本章首先简单介绍传热的三种基本方式，然后讨论综合的传热过程。
1.1传热的三种基本方式
热量传递按其不同机理可归纳为三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。
1.1.1热传导（Thermal conduction）
热传导也称导热。导热是指物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递现象。具体而言：气体中，导热是由于气体分子热运动时相互碰撞的结果；在非导电固体中，导热是通过晶格结构中原子、分子在其平衡位置附近的振动所形成的弹性波作用的结果；在导电固体中，导热是大量自由电子在晶格间运动的结果；至于液体中的导热机理，有一种观点认为定性上类似于气体，也有观点认为类似于非导电固体。对于液体和气体来说，由于流体内部温度差异往往造成流体的自由浮升运动，故导热常常伴随有对流现象。一般说来，固体和静止流体中热量传递依靠导热，但在严格意义上，纯粹的导热只能在不透过热射线、热膨胀系数极小的密实固体内进行。
导热的基本定律建立在实验获得的导热量与温度变化率的本构关系基础之上，由法国物理学家傅里叶（Fourier）于1822年通过对实践经验的提炼、运用数学方法演绎得出，也称傅里叶定律（Fouriers law of heat conduction）。考察图11所示的两个表面均维持均匀温度的平板一维稳态导热，傅里叶定律的一维表达式可以表述为Φ=－λAdTdx（11）图11通过平壁的导热式中，Φ为导热热流量（W），单位时间内通过某一给定面积的热量；A为与热流方向垂直的面积（m2）；dT/dx表示该截面上沿热流方向的温度增量，简称为温度梯度（temperature gradient）（K/m） ；λ是比例系数，称为导热系数或热导率（thermal conductivity）［（W/（m?K）］，它是物体的热物性参数。其值的大小反映了物体导热能力的强弱；公式右边的“-”号表征热流方向与温度梯度方向相反。
若将式（1-1）改写为Φ=λATw1－Tw2δ=Tw1－Tw2δλA 并与电学中的欧姆定律相比较，不难看出，δ/（λA）具有类似于电阻的作用。因此δ/（λA）称为导热热阻（thermal resistance for conductive heat transfer），记作Rλ。
物体的导热可以依据内部温度随时间和空间坐标的变化情况，分为稳态、非稳态和一维、多维等导热类型。更具普遍意义的傅里叶定律矢量表达式将在第2章叙述。
例题1-1为了测量某材料的导热系数，用该材料制成一块厚5mm的平板试件，平板的长和宽远大于厚度，在平板的一侧采用电热膜加热，并保证所有的加热热量均通过该侧传至平板的另一侧。在稳定状态下，测得平板两侧表面的温度差为40℃，单位面积的热流量为9500 W/m2，试确定该材料的导热系数。
解 根据式（1-1），有q=ΦA=－λdTdx=－λTw2－Tw1x2－x1=λTw1－Tw2x2－x1
9500=40λ5×10－3
λ=1.187W/（m?K）讨论： 利用平板测试材料的导热系数，要保证所有的加热热量均通过该侧传至平板的另一侧，需要在平板的边缘和加热膜的另一侧采取绝热措施。1.1.2热对流（Thermal convection）
热对流是指由于流体的宏观运动，流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程，热对流仅发生在流体中。由于流体微团的宏观运动不是孤立的，与周围流体微团也存在相互碰撞和相互作用，因此对流过程必然伴随有导热现象。流体既充当载热体，又充当导热体。
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