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第1章 对流传热基础知识1

1.1 热传导1

1.1.1 傅里叶导热定律1

1.1.2 热导率与导热机理3

1.1.3 导热问题的数学描述4

1.1.4 稳态导热6

1.1.5 非稳态导热16

1.2 对流传热22

1.2.1 牛顿冷却定律22

1.2.2 对流传热问题的控制方程组23

1.2.3 边界层型对流传热问题的控制方程组24

1.2.4 圆管内层流对流传热27

1.2.5 对流传热的准则关系式30

1.2.6 自然对流传热36

1.3 对流传热过程与热交换器40

1.3.1 传热过程40

1.3.2 热交换器的设计方法42

1.4 对流传热过程的强化与控制48

1.5 关于传热学的两点思考50

1.5.1 关于热阻概念的讨论50

1.5.2 传热学与热力学的差别52

1.6 小结53

参考文献53

第2章 对流传热优化的场协同理论54

2.1 对流传热的物理机制54

2.1.1 对流传热是有流体运动时的导热55

2.1.2 对流传热控制和强化的途径56

2.1.3 对流传热的几个特殊例子57

2.1.4 对流传热的物理机制60

2.2 对流传热优化的场协同理论60

2.2.1 对流传热问题的场分析60

2.2.2 对流传热的场协同62

2.3 场协同理论的应用66

2.3.1 现有对流传热现象的分析和讨论66

2.3.2 发展系列的传热强化新方法和新技术69

2.4 换热器中的场协同理论72

2.4.1 换热器优化的场协同理论72

2.4.2 场协同理论在换热器优化中的应用74

2.5 小结76

参考文献77

第3章 管内对流传热的场协同方程及其应用78

3.1 ？与？耗散78

3.1.1 ？的定义及其物理意义79

3.1.2 ？的耗散81

3.2 ？耗散极值原理83

3.3 导热问题的优化85

3.3.1 体点散热问题85

3.3.2 导热优化的温度梯度均匀化原则86

3.3.3 体点问题的数值优化88

3.4 ？耗散极值原理与最小熵产原理的比较91

3.4.1 对称体点散热问题91

3.4.2 非对称体点散热问题92

3.4.3 熵产最小的热导率分布优化方程93

3.4.4 基于最小熵产原理和？耗散极值原理的优化结果比较94

3.5 管内层流对流传热的场协同方程98

3.6 速度场优化的实例分析101

3.6.1 矩形腔内层流对流传热的最优速度场101

3.6.2 管内层流对流传热的最优速度场104

3.7 纵向涡对管内层流流阻和换热影响的分析106

3.7.1 纵向涡对管内层流流阻的影响106

3.7.2 纵向涡对管内层流换热的影响107

3.8 湍流对流传热的场协同方程110

3.8.1 湍流换热的场协同关系式110

3.8.2 湍流对流传热的场协同方程110

3.8.3 平行平板间湍流泊肃叶流换热的优化速度场113

3.9 微肋管强化湍流换热的机理分析117

3.9.1 微肋管简介117

3.9.2 微肋管的流动与换热性能118

3.10 小结127

参考文献128

第4章 基于场协同理论的传热强化技术131

4.1 纵向涡传热强化技术简介131

4.2 交叉缩放椭圆换热管133

4.2.1 交叉缩放椭圆管简介133

4.2.2 交叉缩放椭圆换热管管内对流传热的数值分析134

4.2.3 交叉缩放椭圆换热管管内对流传热的实验140

4.3 不连续双斜向内肋管146

4.3.1 不连续双斜向内肋管简介146

4.3.2 不连续双斜向内肋管对流传热性能的数值计算147

4.3.3 不连续双斜向内肋管性能的实验结果151

4.4 交叉缩放椭圆管和不连续双斜内肋管的综合性能评价156

4.4.1 单相对流传热强化评价准则156

4.4.2 典型换热管换热和阻力的关联式157

4.4.3 各种强化管综合性能的评价与比较159

4.5 不连续交叉肋板片162

4.5.1 常用板片简介163

4.5.2 不连续交叉肋板片164

4.5.3 不连续交叉肋板片间对流传热的数值分析167

4.5.4 不连续交叉肋板片间流动与换热的实验173

4.6 急扩加速流缩放管178

4.7 强化换热翅片180

4.8 纤毛肋强化传热管184

4.9 小结190

参考文献190

第5章 换热器优化的场协同理论与应用194

5.1 换热器优化的场协同理论194

5.1.1 换热器中的场协同概念与场协同数194

5.1.2 几种典型换热器的场协同数196

5.1.3 换热器优化的场协同理论201

5.1.4 多股流换热器中冷热流体温度场的协同204

5.2 换热器场协同理论的证明207

5.2.1 换热器中的？耗散207

5.2.2 换热器场协同理论的证明208

5.3 对数平均温差与局部温差的关系212

5.4 逆流换热器场协同的改善方法213

5.5 顺流换热器场协同的改善方法217

5.6 叉流换热器场协同的改善方法219

5.6.1 改善叉流换热器场协同的变面积分布方法219

5.6.2 改善逆向叉流换热器场协同的方法223

5.7 汽水热交换器场协同的改善方法225

5.8 小结226

参考文献226

第6章 周期性脉冲对流传热的场协同分析228

6.1 脉冲对流传热简介228

6.2 周期性脉冲对流传热的场协同关系式229

6.2.1 外掠平板周期性脉冲对流传热的场协同关系式229

6.2.2 平行平板通道内周期性脉冲对流传热的场协同关系式231

6.2.3 圆管内周期性脉冲对流传热的场协同关系式232

6.2.4 流体绕流振动圆柱对流传热的场协同关系式233

6.3 平行平板通道内脉冲对流传热235

6.3.1 平行平板通道内脉冲流动的速度分布235

6.3.2 平行平板通道内脉冲流动的温度分布239

6.4 平行平板通道内脉冲对流传热数值模拟247

6.4.1 等热流边界问题247

6.4.2 等壁温边界问题249

6.5 圆管内层流脉冲对流传热251

6.5.1 管内层流脉冲流动的速度分布251

6.5.2 管内层流脉冲流动的温度分布255

6.5.3 圆管内层流脉冲对流传热的数值模拟262

6.5.4 带内环肋圆管层流脉冲对流传热数值分析266

6.6 流体低速绕流振动圆柱对流传热的数值分析273

6.6.1 计算模型与参数273

6.6.2 计算结果274

6.6.3 壁面振动强化换热的机理275

6.7 小结277

参考文献278

第7章 热磁对流传热的场协同分析280

7.1 热磁对流研究简介280

7.2 物质的磁性282

7.3 磁场力和磁浮升力283

7.3.1 磁场力283

7.3.2 磁浮升力284

7.3.3 磁加速度285

7.4 梯度磁场作用下对流传热的控制方程287

7.5 理想梯度磁场作用下封闭腔内的自然对流传热289

7.6 磁致纯导热和磁致Bénard对流293

7.7 理想梯度磁场作用下的地面微重力流动与换热294

7.8 梯度磁场作用下的封闭腔内自然对流传热297

7.8.1 梯度磁场的设计297

7.8.2 梯度磁场作用下封闭方腔内自然对流传热298

7.9 四极磁场作用下的自然对流302

7.10 四极磁场作用下矩形通道内对流传热305

7.10.1 物理模型与控制方程305

7.10.2 均匀速度和温度入口的层流对流传热307

7.10.3 充分发展速度和温度入口的层流对流传热315

7.11 小结323

参考文献324

第8章 对流传质过程的场协同理论及其应用326

8.1 对流传质中的场协同326

8.1.1 层流质量传递过程中的场协同326

8.1.2 湍流质量传递过程中的场协同328

8.1.3 对流传质过程场协同理论的数值验证329

8.2 传质过程的不可逆性及最小作用量331

8.2.1 质量传递过程的不可逆性331

8.2.2 质量传递过程的最小作用量333

8.3 质量积耗散极值原理336

8.3.1 质量积耗散极值原理336

8.3.2 质量积耗散极值原理的数值验证339

8.4 光催化反应器的性能优化344

8.4.1 光催化氧化反应器的物理模型345

8.4.2 传质过程的数值优化及讨论346

8.4.3 实验验证348

8.5 空间站实验舱通风排污过程优化352

8.5.1 实验舱物理模型353

8.5.2 舱内对流传质的优化及讨论354

8.6 小结358

参考文献359