SCHAUM' S ouTlines 全美经典 学习指导系列 传热学 (原第二版) 〔美〕D.皮茨L西索姆著 葛新石等译 获取好成绩的帮手 包含对流和辐射的全部内容 教授有效的解题技巧 269道详细解答的习题和92道附答案的练习题 理想的自学读物 学出版社 麦格劳一希尔教育出版集团
0-150101 置任编辑:那德平 的 SCHAUMS 全球销 outlines 超越 的 “全美经典学习指导系列” 是您的最佳 学习伴侣! 4年来最畅销的教辅系列 全及著名高校资深教授倾力之作 国内重点高校任课教师全力推荐并担当翻译 省时高效的学习轴导,全面详细的习题解答 迄今为止国内最全面的教轴系列 覆盖大学理工科业 全美经典学习指导系列 本与统计 2000工理书力半习错电气工行基础 统计 工柱力 工柱电巧基划 数毕 DC的习精 数字信号处理 athena使指南体动力学 数字系统导论 数理量硅引论 物理学基础 数字原理 机候量动 材科力学 电机与机电学 造分方程 2000常数学习能精紧 基本电路析 块计学原理(上 工程热力学 信号月系统 计字原理(下 数值分析 微积 燥子力 生物化学 静力量与材料力学有机化半习题精 生物学 有段元分析 30化习题精解 分子和细胞生物字 传热学 大学化学习题解 人体出与生理学 近代理字 电路 ISBN7-03-009781=1 c aw sBN703-009783-10· 9787030097835> 定价:28
全美经典学习指导系列 传热学 (原第二版) 〔美〕D.皮茨L.西索姆著 葛新石等译 鼻学服ⅳ 麦格劳希尔教育出版集团 2002
内容简介 本书为全美经典学习指导系列》之一。 本书是一本优秀的教辅读物,同时也是一本理想的自学教材主要介绍 了导热、对流和辐射等课程内容的相关概念、定律公式等全书的重点是相 关内容的例题详解和补充习题.269个例题详解可以帮助读者掌握解决问 题的方法带有答案的补充习题可帮助读者自我评估学习状况 读者对象:热能工程、工程热物理专业的本科生,在热工、化工、机械及 建筑等领域工作的科技人员 本书由葛新石(序言、第一、八、九、十、十一章)、叶宏(第四、五、六、七 章)和陈则韶(第二、三、四章、附录)译,葛新石整理了全书 Donald Pitts, Leighton Sisscm: Schaum's Outline of Theory and Problems of Heat Transfer, Second Edition ISBN:0-07-050207-2 Copyright 1998 by the MeGraw-Hill Companies, Inc. Authorized translation from the English language edition published by w McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. 本书中文简体字版由科学出版社和美国麦格劳-希尔教育出版集团合作 出版未经出版者书面许可,不得以任何方式复制或抄袭本书的任何部分 版权所有翻印必究 本书封面贴有 McGraw-Hill公司防伪标签,无标签者不得销售 图字:01-2001-1766号 图书在版编目(CIP)数据 传热学/(美)皮茨,西索姆著;葛新石等译,一北京:科学出版社,2002 (全美经典学习指导系列) IBN7-03009783-1 .传…Ⅱ.①皮②西③葛…Ⅲ.传热学NTK124 中国版本图书馆CIP数据核字(2001)第070141号 学出服出版 北京黄城粮北16 http: //www.sciencep.com 新厂印刷 科学出版社发行各地新华书店经销 2002年3月第一版开本:A4(890×1240) 2002年3月第一次印刷印张:183/4 印数:1-4000 字数:537000 定价:28.00元 (如有印装质量问题,我社负责调换环伟》
序言 和第一版一样,传热学第二版旨在起到以下的作用:(1)作为一本独立的教材和(2)供修大 学传热学课程的低年级或高年级学生用的补充辅助读物.为完成上述双重任务,必须考虑几个 因素.一是长期以来一直有争论的有关论述问题的方法,也就是,应着重热能传输速率方程的 数学推导还是经验公式的收集和应用?仍然和第一版一样,我们相信在这两种途径之间我们 所采用的折中方案是行之有效的 另一个相当重要的问题是单位制的选取.单位制必须和现在大学里传热学教材中所用的 相一致.许多传热学教材(虽然不是大多数现只用SI制(国际单位制).美国机械工程师学会 (ASME)从1974年7月1日起要求学会的所有出版物必须用SI制但从英制到S制的缓慢 过渡注定会使大多数现在正在学传热学的学生在今后许多年需要同时熟悉这两种单位制本 书中有208个有单位的例题和63个无单位的例题.SI制与英制的习题数比率大约是75/25 而在第一版中英制与S1制的习题数比率大约是60/40.但本书包含足够的英制单位的例 题,以满足只使用英制或想获得使用两种单位制经验的学生和专业人员的需要.为支持这种需 要,我们综合了一种非常有用的得到物性参数的方法,大致说来,我们收录了相当全的S制和 英制的物性表,英制物性表所在页的底部仍给出单位制的转换因子 在传热学不断地扩大其实用知识的同时,我们有意识地重视处理本学科每一个主要分支 专题的很传统和常用的方法在许多领域,我们注意到那些新的经验关系式所给出的结果与原 有的经验关系式给出的几乎是相同的.凡是适用的地方我们采用简单一些的方法. 和第一版一样,我们仍然采用原先的方法,每一章从叙述传热方式或需要讨论的相关专题 开始.然后是对主题作简要的基于数学和(或)验的论述接下来很快地将重点转向例题,后 者正是所讲述的核心.要指出的是相关专题中包括了流体力学(第5章)虽然大多数传热学教 材并无此章,但许多没有流体力学的基础的读者也将使用本书流体力学对理解第6、第7和 第8章的内容及第10章的一些内容确实是重要和必需的 总起来说,对每一章我们的做法是:(i)对主要的子专题作简明的论述,着重理论分析和 对此专题重要的基于实验的认识;(i)提出一组数量大的例题,有理论的,有实用意义的,包括 在许多题中不同的单位制混在一起而同时需要考虑单位的统一最后,(i)列出一组待求解的 补充习题(一般有答案),以增多自我评估的机会 我们相信传热学第二版能满足本领域的在职业务人员和学生希望自学教材能有所改进的 愿望及作为辅助读物适应大学低年级和高年级学生的需要祝每位读老能从学习本书的过程 中感受到一种满足 我们对麦格劳希尔公司的M.L.贾尔斯女士对持续支持出版此书的努力表示感谢,也感 谢詹宁斯女士打印了书稿. D.R.皮茨 田纳西州克诺斯维尔 L.E.西索姆 田纳西州库克维尔
目录 第一章导论 ) 1.1导热 1.2对流…………… 1.3辐射 1.4材料的性质 1.5单位 例题详解 补充习题 第二章一维稳定导热… 2.1引言 (11) 2.2通用导热能量方程…… .(11) 2.3平板:定表面温度… (12) 2.4径向系统:定表面温度 (13) 2.5平板:变导热系数 (13) 2.6含内热源系统… (14) 2.7对流边界条件…… 28肋片传热… 例题详解 22) 补充习题 第三章多维稳定导热… (42) 3.1引言 3.2解析法…… 3.3导热形状因子 3.4数值解· 例题详解… 补充习题 ……………(67) 第四章不稳定导热 4.1引言 4.2毕奥数与傅里叶数… (69 4.3集总分析方法 ………(70) 4.4一维系统:固定表面温度 (70) 4.5-维系统:对流边界条件 (72) 4.6图解法:对流边界条件 多维系统 (78) 4.8数值分析 (78) 例题详解 (82 补充习题…… 第五章流体力学 流体静力学 5.2流体动力学… 5.3质量守恒 …(101) 5.4沿流线的运动方程 (102)
日录 5.5能量守恒 (102) 例题详解… (103) 补允习题… ……………(113) 第六章强迫对流:层流 l15) 6.1水力(等温)边界层:平板…… 115) 6.2热边界层:平板…………… ………(119) 6.3管内等温流动 6.4管内流动换热…… 6.5估算物性所用的温度 例题详解 126) 补充习题 (145) 第七章强迫对流:湍流 ……(146) 7.1运动方程 146) 7.2传热与表面摩擦:雷诺比拟… 148) 7.3沿平板流动 (149 7.4管内流动…… (151 7.5绕过物体的外部流动 …………………(155) 7.6液态金属传热 (159 例题详解 ……(160) 补充习题…………………… (174 第八章自然对流 ……(175) 8.1垂直平板 8.2经验关系式:等温表面 (180) 8.3封闭空间内的自然对流 (181) 8.4混合的自然对流和强迫对流 ……………(184) 8.5新的关系式 (185 例题详解 (186) 衤充习题 第九章沸腾和凝结 (194) 1沸腾现象 (194) 9.2池内沸腾 (195) 9.3流动(对流)沸腾 (197) 9.4凝结 例题详解 (202) 补充习题 (211) 第十章热交换器 (213) 10.1热交换器类型 (213) 10.2换热计算………………… (214) 10.3热交换器有效度(NTU法) (218) 10.4污垢系数… (220) 例题详解 …(221) 补充习 第十一章辐射 (230) 11.1引言 11.2性质和定义 (230)
11.3黑体辐射 (232) 11.4实际表面和灰体… 11.5辐射换热:黑表面…… (236 11.6辐射换热:灰表面 …(243) 11.7防辐射屏 (246) 118气体和蒸汽辐射 (248 例题详解… (251) 补充习题 (262) 附录 (263)
第一章论 经常被称为热科学的工程领域包括热力学和传热学传热学的作用是利用可以预测能量 传递速率的一些定律去补充热力学分析因后者只讨论在平衡状态下的系统这些附加的定律 是以三种基本的传热方式为基础的,即导热、对流和辐射 1.1导热 均匀物质内存在温度梯度时会导致其内部能量传递,能量传递的速率可由下式计算: aT 式中T/an为在面积A的法线方向的温度梯度.导热亲数k是由实验得到的所论物质的常 数,它与温度和压力等其他参数有关,将在14节讨论k的单位为W/mK 式(1.1)为傅里叶( Fourier)定律,式中负号是基于热力学第二定律的要求:由温度梯度引 起的热能传递的方向必须是从热区至冷区 若物质内部的温度分布是线性的(图1-1),就可 用下式代替由偏导数表示的温度梯度: △T (1.2) 在k为定值的均匀物质的稳态传热过程中,这种线性 关系总是存在的 若包括表面在内的物体中每个点的温度不随时 间变化,热能的传递就是稳态过程.如果温度随时间 变化能量或是在物体中贮存,或是从物体中传走能 量贮存的速率是 图t1 式中m是体积v和密度ρ的乘积 1.2对流 当固体与和它温度不同的运动流体相接触时,流体将从物体带走能量或通过对流将能量 传给物体 若流体的上游温度为T,固体的表面温度为T,单位时间的传热量由下式计算: 上式就是牛顿( Newton)冷却定律.此式定义∫对流换热亲数h,是单位时间单位面积的换热 量与总温差之间关系的比例常数h的单位为W/m2K.重要的是必须记住:在固体流体的边 界,基本的能量交换是导热,然后通过流体的流动以对流方式将这些能量带走比较式(1.1)和 (14)对y=n的情况可得 hA(T,-T。)=-kA aT 式中温度梯度的下标表示:要计算的是在固体表面的流体内的温度梯度 指在固体表面的流体边界层的温度梯度,k为流体的导热系数—译汴
传热学 1.3辐射 第三种传热方式是基于电磁波的传播,这种传播能在真空中进行,也能在介质中进行实 验结果表明,辐射传热与绝对温度的4次方成正比,而导热和对流换热与线性温差成正比重 要的斯忒藩-玻尔兹量( Stefan- Boltzmann)定律的表示式为 9= aAT4 (1.6) 式中T为绝对温度常数a与表面、介质及温度无关;其值为5.6697×108w/m2,K4或 0.1714×10-8Bu/hft2"R4.理想的发射体,或称黑体,所发出的辐射能按式(1.6)确定所有 其他表面发出的辐射能都少于黑体的辐射能,许多表面(灰体, gray bodies)发出的辐射能可用 下式计算: 9= EOAT 式中ε为表面的发射率,其值在0与t之间 1.4材料的性质 固体的导热亲数 许多纯金属和合金的导热系数列于表B1(SI)和B1(Engl).已知其成分的固态金属的 导热系数主要只与温度有关一般来说,纯金属的k随温度之增高而减小;合金成分则正好与 此相反.金属的导热系数在相当大的温度范围内通常可由下式计算 式中=T-Tm,k0为在参考温度Tm时的导热系数对许多工程应用来说,温度范围相对较 小,为几百度,因此,可近似为 k= ko(1+b0) 非均匀材料的导热系数通常明显地与表观体积密度( apparent bulk density)——物体的质 量与其所占有的体积之比值—一有关这个体积指包括了空隙的总体积,如物体全部界面内的 些气孔导热系数也随温度而变,一般来说,非均匀物体的k随温度的增高和表观体积密度 的增大而增大表B2(SI和B2(Eng.)收集了一些非均匀材料的导热系数数据, 液体的导热無数 表B-3SI)和B3(Eng1.)列出了一些工程上重要的液体的导数系数数据.对这些液体来 说,k通常与温度有关,但对压力的变化不敏感表中所列的是饱和状态下的数据,即对于给定 的流体,其压力对应于给定温度的饱和压力大多数液体的导热系数随温度之增高而减小.水 则例外,一直到150℃其k都是随温度之增高而增大的除了所谓液态金属,在所有常见的液 体中水的导热系数最大 气休的导热亲数 气体的导热系数随温度增高而增大,但在大气压附近基本上与压力无关表B4(S)和 B4(Eng1)给出了一些气体在一个大气压下的k的数据对于很高的压力(即临界压力的量级 或更高),压力的影响可能会很显著 空气和水蒸气是两种最重要的气体(在本章中不去区别气体和蒸汽之间的差异)表B4 (SI)中列出的一个大气压下的空气的值作为大多数工程应用适用于下述范围:(i)0℃≤T≤ 1650℃和1am≤p≤100am;(i)-75℃≤T≤0℃和1am≤p≤10am 水蒸气的导热系数显示出与压力有很大的关系.作为近似计算,表B-4(SI)和B4(Eng.) 给出的一个大气玉的数据可与图B3一起使用对其他气体,应借助内容更丰富的物性表