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出版者:中国建筑

作者:章熙民

出品人:

页数:322

译者:

出版时间:2001-12

价格:28.50元

装帧:

isbn号码:9787112046362

丛书系列:

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《传热学》这本著作，顾名思义，聚焦于物质之间能量传递的奥秘，深入剖析热量为何以及如何从一个地方流向另一个地方。本书并非简单的知识罗列，而是一场对热物理现象的系统性探索，旨在揭示驱动这些现象的内在规律，并为解决实际工程问题提供理论基石。 在本书的开篇，作者首先为读者构建了一个清晰的宏观认识框架。我们将从热力学的第一定律出发，理解能量守恒的普适性，并在此基础上引申出热传递作为一种特定的能量转移形式。本书不会止步于此，而是将重点转移到热量传递的“过程”本身。这意味着，我们将深入探讨三种基本传热机制：热传导（Conduction）、对流（Convection）和辐射（Radiation）。 热传导部分，将是本书的核心内容之一。我们会从微观视角出发，审视物质内部原子、分子热运动如何导致能量的传递。对于固体而言，这种传递主要通过晶格振动和自由电子的碰撞。本书将详细介绍傅里叶定律（Fourier's Law），这是描述热传导速率与温度梯度之间关系的基石。我们将通过一系列严谨的数学推导，解释热导率（Thermal Conductivity）这一关键物性参数的意义，并探讨不同材料（如金属、绝缘体、陶瓷等）在热传导性能上的显著差异，以及温度、材料微观结构等因素对其影响。 为了更好地理解和应用傅里叶定律，本书将引入稳态传导和瞬态传导的概念。在稳态传导中，温度分布不随时间变化，这简化了许多实际问题。我们将分析一维、二维甚至三维稳态传导问题的解析解和数值解方法，例如平板、圆柱体、球体的稳态热传导。在此过程中，我们会用到泊松方程（Poisson's Equation）和拉普拉斯方程（Laplace's Equation）等偏微分方程。 然而，现实世界中，许多传热过程并非稳态，温度会随着时间推移而改变。瞬态传导的研究则更加复杂，但对于理解如材料的加热与冷却、设备的热启动与关机等过程至关重要。本书将引入热扩散方程（Heat Diffusion Equation），并讲解有限差分法（Finite Difference Method）和有限元法（Finite Element Method）等数值计算方法，以处理更为复杂的瞬态传导问题。我们会探讨比热容（Specific Heat Capacity）、密度（Density）等参数对瞬态传热行为的影响，以及诸如泊松比（Poisson's Ratio）等力学参数在高温形变时的潜在关联。 紧接着，本书将转向对流传热，这是流体（液体或气体）运动引起的能量传递。与热传导不同，对流传热同时涉及流体的宏观运动和微观的分子扩散。我们将区分自然对流（Natural Convection）和强制对流（Forced Convection）。自然对流是由流体内部密度差异引起的浮升力驱动的，例如加热炉内的空气循环。强制对流则是由外部机械力（如风扇、泵）引起的，例如散热器风扇强制空气流动。 在对流传热的研究中，努塞尔数（Nusselt Number）是核心无量纲参数，它描述了对流传热相对于纯热传导的增强程度。本书将详细介绍努塞尔数的定义、计算方法，以及如何通过实验数据关联和经验公式来预测不同流动状态下的努塞尔数。我们会深入探讨边界层理论（Boundary Layer Theory），理解流体在固体表面的流动如何形成速度边界层和热边界层，以及这些边界层厚度如何影响传热效率。 对于强制对流，我们将分析层流（Laminar Flow）和湍流（Turbulent Flow）的不同特征，以及雷诺数（Reynolds Number）在区分这两种流动状态中的作用。湍流由于其混合作用更强，通常具有更高的传热系数。本书将提供针对不同几何形状（管道、平板、翅片等）和流动条件的传热关联式，帮助读者量化评估对流传热的性能。 自然对流的研究则会侧重于浮升力的产生机制，并引入格拉晓夫数（Grashof Number）来表征浮升力与粘性力的比值。我们将分析垂直平板、水平表面、圆柱体等不同几何体表面上的自然对流传热，并探讨影响因素，如表面与周围介质的温差、流体的热膨胀系数、重力加速度等。 最后，本书将重点探讨热辐射（Thermal Radiation），这是不依赖于介质，以电磁波形式传递能量的机制。任何温度高于绝对零度的物体都会发出热辐射。本书将从黑体辐射（Blackbody Radiation）这一理想模型出发，介绍普朗克定律（Planck's Law），解释不同温度下黑体辐射的频谱分布。 然后，我们将引入斯蒂芬-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann Law），用于计算黑体单位表面积在单位时间内辐射的总能量。对于实际物体，我们引入发射率（Emissivity）的概念，它描述了物体辐射能力相对于黑体的程度。本书将深入研究漫辐射体（Diffuse Emitters）和选择性辐射体（Selective Emitters）的概念，以及表面粗糙度、颜色等因素对发射率的影响。 在辐射换热的分析中，辐射角系数（View Factor）是必不可少的工具，它描述了两个表面之间可见的区域比例，直接影响着辐射能量的传递。本书将详细介绍辐射角系数的计算方法，并分析多表面辐射换热问题，例如腔体辐射、表面之间的相互辐射等。我们还将探讨反射率（Reflectivity）和吸收率（Absorptivity），以及它们与发射率之间的关系（基尔霍夫定律）。 本书的最后部分，还将对传热基本方程的联合应用进行探讨。在许多实际工程问题中，传热往往不是单一机制主导，而是多种机制的复合。例如，在锅炉管壁的传热过程中，燃烧产生的热辐射、管内流体的对流以及管壁的传导同时发生。本书将提供系统性的方法来分析这些耦合问题，并介绍传热系数（Heat Transfer Coefficient）的概念，将其作为量化评价整体传热性能的通用指标。 本书的结构将力求逻辑清晰，每一章都建立在前一章的基础上，层层递进。除了理论推导，书中还会穿插大量实例分析，涵盖从日常生活中的暖气片散热，到工业设备如换热器、发动机冷却系统、电子器件散热等各个领域。这些实例将帮助读者将抽象的理论知识与具体的工程实践联系起来，理解传热学在现代工业和科技发展中的核心作用。 此外，本书还将涉及传热的数值模拟方法，例如有限体积法（Finite Volume Method），并介绍相关的软件工具在解决复杂传热问题时的应用。对传热强化与传热阻碍的策略也将有所提及，例如通过翅片、插管等技术来提高传热效率，或者通过保温材料来减少热量损失。 总之，《传热学》旨在成为一本内容详实、论述严谨、应用广泛的专著。它不仅为工程技术人员提供解决实际问题的工具，也为对物质能量传递规律感兴趣的读者打开一扇深入理解自然界奥秘的窗口。通过学习本书，读者将能够更加深刻地理解热量是如何在我们周围的世界中传递，并掌握分析和解决与之相关的各种挑战的能力。

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我不得不说，初次接触这本书的时候，我的内心是充满抗拒的，毕竟我对纯理论的物理知识天生就有点敬而远之。我更偏爱那些充满创意的、能立刻看到结果的东西。但是，翻开《传热学》的扉页后，我才发现自己对“理论”的偏见有多么狭隘。这本书的文字风格，与其说是在“讲解”，不如说是在“引导一场深刻的思维探险”。它没有那种传统教科书常见的刻板和说教，反而是带着一种近乎哲学的思辨性。尤其是在处理自然对流和强制对流的章节，作者引入了“流体力学特性”与“热量交换效率”之间的微妙平衡关系，这不仅仅是数学上的推导，更是一种对物理世界运行法则的深刻洞察。我记得有一段描述，将湍流和层流的特性比喻为不同性格的人在人群中的表现，生动得让我差点笑出声来。更让我印象深刻的是，它对“热管”和“换热器设计”的深入分析。这些内容并非简单的公式罗列，而是将热力学第二定律、流体力学、传热学三大支柱完美融合的结晶。作者在阐述复杂设计优化时，那种抽丝剥茧的清晰度，让人感觉自己不是在看一本教材，而是在跟随一位经验丰富的导师，一步步拆解一个复杂的工程难题。读完后，我感觉自己对“效率”这个概念有了全新的理解，不再是简单的投入产出比，而是对能量耗散过程的精细控制。

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这本《传热学》简直是为那些想在工程领域深耕的学子和工程师们量身打造的圣经！我花了整整一个暑假才勉强啃完第一遍，那种感觉就像是攀登一座巍峨的高峰，每爬升一步，眼前的风景就豁然开朗一分。初看目录，那些什么傅里叶定律、牛顿冷却定律、能量方程……听起来就让人头皮发麻，像是面对一堆枯燥的公式和符号。然而，作者的叙事方式却极其高明。他并没有直接把我们扔进数学的汪洋大海里，而是非常巧妙地从实际应用场景切入。比如，在讲导热时，他会先描述一栋在寒冬中如何通过优化墙体结构来保持室内温暖的案例，让人立刻感受到这门学科的实用价值。随后，再引入数学模型，那些原本抽象的偏微分方程，在结合了具体的物理图像后，仿佛就有了生命力，不再是冰冷的符号，而是描述自然规律的有力工具。尤其值得称赞的是，书中对“边界条件”的处理，简直是神来之笔。作者用大量的图示和清晰的逻辑，将固定温度、对流换热系数、辐射边界等复杂情况剖析得淋漓尽致。每完成一章的学习，我都能清晰地感觉到自己的思维逻辑被重塑了一遍，不再是零散的知识点堆砌，而是一个严谨的、自洽的知识体系正在脑海中构建起来。这本书的深度和广度，绝对不是市面上那些浮于表面的教材可以比拟的，它要求你投入时间和精力，但回报绝对是超值的，它真正教会了我如何用物理的眼光去看待和分析能量的传递过程。

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这本书的“深度挖掘”能力是其最大的杀手锏。很多入门级的传热教材，讲到对流换热时，通常会用一个经验公式带过相似系数的确定。然而，《传热学》却花了相当大的篇幅，去深入探讨了**湍流模型的理论基础和数值解法**。这对于我这种对计算传热学（CHT）感兴趣的学生来说，简直是打开了一扇新的大门。作者并没有止步于解析解的范畴，而是非常严谨地介绍了有限体积法（FVM）在处理能量方程上的应用框架，甚至提到了如何处理网格依赖性和收敛性问题。这部分的讲解，虽然难度陡增，但作者的逻辑推进却极其稳健，从离散化的基本思想，到压力速度耦合的SIMPLE算法的简化思路，都给出了清晰的脉络。读到这里，我才真正体会到，这本书不仅仅是传热学的教科书，它更像是通往**高级工程仿真和数值分析**领域的敲门砖。如果你只是想应付一门基础课，可能觉得这部分内容略显“超纲”；但如果你志在成为一名能独立进行复杂热设计和分析的工程师，这本书的这部分深度绝对是无价之宝，它让你对“求解”二字的理解，从纸面代数推导升华到了离散空间的数值迭代。

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我必须强调一下这本书在“跨学科融合”方面的出色表现。现代工程问题往往不是孤立的，热量问题经常与材料科学、化学反应动力学交织在一起。《传热学》这本书在这方面的连接做得非常自然流畅。例如，在讨论高频感应加热时，作者毫不避讳地引入了电磁场的理论基础，解释了涡流的产生和能量转换的效率，这部分内容简洁却不失关键信息。更令人称道的是，它对“热辐射”的讨论，不仅仅停留在黑体辐射层面，还深入探讨了非灰体、漫反射材料的复杂辐射特性，并将其与材料的表面处理工艺（如氧化层、涂层）联系起来。这种将**物理现象、材料属性和工程实践**紧密编织在一起的叙事方式，极大地拓宽了我的视野。以前我觉得热传导、热对流、热辐射是三个相对独立的章节，看完这本书后，我明白它们是一个互相影响的整体。每一次对热量传递的分析，都需要综合考虑这三者之间的相互作用和相对重要性。这本书成功地搭建了一个多维度的分析平台，让学习者能够以更全局的视角去审视和解决现实世界中那些错综复杂的“热量难题”。

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说句实在话，这本书的排版和图示设计，对于我们这些需要对照公式和图像学习的人来说，简直是救星级别的存在。我用过好几本不同的《传热学》教材，很多书的图例往往是黑白的、模糊不清的，或者图注和正文的对应关系做得非常混乱，读起来非常费劲。而这本《传热学》，明显是在出版的细节上投入了大量的精力。几乎每一个关键的物理过程——无论是流体边界层的发展，还是相变过程中的气液界面传热——都有高清、彩色的示意图辅助说明。特别是关于辐射换热的章节，作者竟然引入了“视图因子”的图形化计算方法，将原本晦涩的几何关系通过三维透视图和阴影处理得非常直观。这直接帮我省去了在草稿纸上反复画图确认的角度问题。此外，书中的习题设计也极为精妙。它们不是那种只会让你套用公式的“填空题”，而是设置了大量的“思考题”和“设计挑战”。比如，要求分析在外太空极端温度下，航天器表面的热防护策略，或者设计一个能有效回收工业余热的换热系统。这些题目迫使读者必须跳出书本的既有框架，综合运用所学知识进行创新性的分析，极大地锻炼了解决实际工程问题的能力。

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