第一章绪论

介绍本课程的性质和任务，三种传热基本方式，传热学的发展简史及研究方法。

●1.1概述

介绍传热过程的普遍性，举例说明了国民经济各领域中存在的传热问题；讨论传热学与热力学的联系和区别。

●1.2传热的三种基本方式

给出了热传导的定义以及导热传热量的计算方法；给出了热对流的定义以及对流传热量的计算方法；给出了热辐射的定义以及辐射传热量的计算方法；举例说明了复合传热过程，定义了复合表面传热系数，举例分析了不同传热环节在复合传热过程中的贡献。

●1.3传热过程与热路分析法

分别给出了传热过程、传热方程、传热系数和传热热阻的定义，介绍了热路分析法。

●1.4传热学的发展简史

分别介绍了导热、对流传热和热辐射三个研究领域的历史演进过程，并指出传热学当代的发展趋势。

●1.5传热学的研究方法

介绍了传热学的实验测定、理论分析和数值模拟等三种研究方法。

第二章导热基本定律与稳态导热

介绍了导热基本定律的一般数学表达式及微分方程式，介绍了工程中常见的典型几何形状物体热流量及温度分布的计算方法，分析了肋片的导热问题，讨论了具有内热源的导热问题。

●2.1基本概念

介绍了导热定律基本概念，阐述温度场与等温线的基本性质；介绍了导热基本定律、导热系数的基本定义及其物理意义。

●2.2导热微分方程与定解条件

介绍了直角坐标系下导热微分方程的一般形式的详细推导过程，并简要介绍了不同情形下的导热微分方程简化形式；介绍了常见的导热问题，明确了热扩散率的定义及其物理意义。

●2.3一维稳态导热

介绍了大平壁这一典型几何形状物体导热微分方程及定解条件，求解得到相关温度分布及热流量，介绍了热路法分析大平壁导热过程的基本思路；介绍了柱坐标下通过长圆筒壁的导热微分方程及定解条件，阐述了热路法求解多层圆筒壁导热热流量的基本要点；介绍了直接积分法求解变截面、变导热系数情况下一维导热热流量的基本过程。

●2.4通过肋片的导热

介绍了肋片的基本定义、工程应用以及分类；介绍了通过等截面直肋的导热问题基本物理数学模型，阐述了温度分布和导热量的一般分析方法；介绍了套管式温度计测量管道内工质温度时，实际温度和测温误差的计算方法，阐述了减少测温误差的基本方式；给出了肋片效率和肋化面效率的定义，并介绍了二者相互关系及其物理意义。

●2.5具有内热源的一维稳态导热

以大平板大热过程为例，具体讨论了具有内热源的导热问题的求解及分析过程；结合具有内热源的大平板内的导热分析方法，介绍了一种管内对流传热实验中确定内壁面温度的方法；以核反应堆中燃料元件散热过程为例，介绍了具有内热源的多层大平板导热过程的求解方法，分析了各界面温度的确定方法；讨论了具有内热源长圆柱内的导热问题的求解和分析过程，阐述了其温度分布及热流密度变化规律；结合具有内热源的长圆柱内的导热过程热点，分析了具有最高容许温度条件下氧化铀棒内热源强度的确定方法。

第三章非稳态导热

从介绍非稳态导热基本概念入手，依次讨论了集总参数法的应用条件及基本思路，阐述了一维以及多维非稳态导热问题的分析解法及其主要特点，讨论了Bi数以及Fo数的物理意义，介绍了半无限大物体的基本概念，及其非稳态导热特点和分析方法。

●3.1基本概念

介绍了非稳态导热基本特点及其分类，阐述了非稳态导热过程中的两个不同阶段；给出了Bi数定义及其物理意义，讨论了不用Bi数下非稳态导热特点。

●3.2集总参数分析法

介绍了非稳态导热问题集总参数分析法应用条件，探讨了采用集总参数法来处理非稳态导热问题的一般思路； 在通过集总参数法物体冷却过程中温度随时间变化规律的基础上，给出了时间常数的定义，并讨论了其物理意义；介绍了非稳态导热过程中任意时刻物体与周围流体间热流量以及初始时刻到某一瞬间为止的时间间隔内物体与流体见所交换总热量的计算方法，及其各自随时间的变化特点。介绍了Fo数的定义及其物理意义。

●3.3一维非稳态导热

介绍了大平板一维非稳态导热物理数学模型，包括相关导热微分方程及其定解条件；介绍了采用分离变量法求解一维非稳态导热微分方程的基本思想及其关键步骤；介绍了长圆柱内非稳态导热过程的基本特点、求解方法及分析思路；介绍了诺莫图绘制的基本原理，介绍了诺莫图应用过程中涉及的重要参数；介绍了通过诺莫图确定导热量的基本方法，明确了不同Fo数和Bi数下物体温度变化规律； 分析了非稳态导热分析解的特点，探讨了正规阶段非稳态导热解析解的简化方法，确定了各种典型非稳态导热过程的简化公式；以两侧对称加热的大平板内的一维非稳态导热问题为例，介绍了简化公式的具体应用方法及其分析思路。

●3.4半无限大物体非稳态导热

介绍了半无限大物体非稳态导热基本概念及其特点，阐述了不同热扰动条件下半无限大物体的温度变化规律；以第一类边界条件下半无限大物体内部的非稳态过程为例，介绍了其温度分布的确定方法。

●3.5多维非稳态导热

介绍了简单几何形状的多维非稳态导热问题的乘积解法的基本思想，并给出了典型结构多维非稳态导热乘积解的基本表达式；以无限长方柱体为例，证明了乘积解的有效性，并阐述了乘积解的适用条件；以一置于炉中加热的钢锭内导热过程为例，介绍了采用乘积解法求解立方体三维非稳态导热问题的基本思路及分析方法。

第四章导热问题的数值解法

对于几何形状或边界条件比较复杂的导热问题，理论求解往往非常困难，甚至不可能得到分析解。随着计算技术的飞速发展，近几十年来传热问题的数值解法得到了广泛的应用。本章以导热问题为例首先介绍数值求解的主要步骤，然后讨论节点离散方程的建立和代数方程组的求解方法，最后讨论非稳态导热问题的数值解法。

●4.1概述

以数值解法的产生背景引出数值解法的基本思想和方法；以二维矩形区域内的稳态、无内热源、常物性导热问题为例阐述数值求解的主要步骤。

●4.2节点离散方程的建立

介绍建立节点离散方程的两种方法，即泰勒级数展开法和热平衡法的基本原理和方法，其中重点以热平衡法为例分析讨论如何建立不同类型节点和不同形状物体的节点离散方程。

●4.3代数方程组的求解

介绍求解由若干个节点离散方程构成的代数方程组的两种求解方法，即直接法和迭代法的基本原理和方法，其中重点以迭代法为例阐述其迭代原理、收敛标准和收敛条件。

●4.4非稳态导热问题的数值解法

主要以一维非稳态导热问题为例，重点讨论非稳态项的离散及两种离散格式、非稳态导热节点离散方程的建立以及数值解的稳定性等内容。

第五章单相介质对流传热

分析了对流传热的物理机制及其影响因素，介绍了内部对流传热和外部对流传热过程的特点、以及对流传热计算的常用关联式及其工程应用，阐述了求解单相介质对流传热问题的比拟法和积分法。

●5.1对流传热概述

介绍了对流传热的定义及计算方法，阐述了牛顿冷却公式中每项的意义及确定原则；分析了流动驱动力、换热方式、流动状态和表面几何特性对单相介质对流传热的影响；分析了流体物性参数对单相介质对流传热的影响，并简要介绍了对流传热过程的分类。

●5.2对流传热的控制方程及定解条件

介绍了描述单相介质对流传热的控制方程组以及对流传热能量微分方程推导过程，同时分析了对流传热能量微分方程中每一项的意义；介绍了单相介质对流传热控制方程组对应的定解条件，以及根据流体温度分布计算表面传热系数的方法。

●5.3边界层理论

给出了边界层的定义，分析了边界层的结构，阐述了边界层理论的基本要点；介绍了采用数量级比较分析法简化单相介质对流传热能量方程的详细过程，并给出了边界层能量微分方程的应用范围；介绍了Prandtl数的定义及其对速度边界层和温度边界层相对厚度的影响。

●5.4对流传热实验研究

介绍了相似原理的基本概念，给出了相似现象应该满足的条件；介绍了相似实验的定义及相似实验的意义，给出了近似模化实验应满足的条件；给出了相似分析法的定义，并以通过大平板的非稳态导热和平板表面对流换热为例，详细说明了采用相似分析法获取相似准则数的具体过程；给出了量纲分析法的定义，并以通过管内的强制对流换热为例，详细说明了采用量纲分析法获取相似准则数的具体过程；以管内湍流强迫对流传热为例，详细说明了获取传热实验关联式的具体步骤；介绍了传热关联式的选择原则，以及定性温度、特征尺寸和特征速度的确定方法。

●5.5管内强制对流传热计算

介绍了管内对流传热基本特性，包括入口段效应、热边界条件、壁面温度和流体温度定性变化规律等；介绍了管内层流对流传热过程分析方法，得到了恒热流条件下充分发展区层流对流传热Nusselt数，并对结果进行了分析讨论；介绍了一侧绝热、一侧定热流和两侧定热流对称加热两种情况下，平行平板间充分发展区层流对流传热过程分析方法；介绍了管内湍流对流传热常用关联式：Dittus-Boelter公式，并给出了针对变物性、入口段和弯曲流道对传热性能影响的修正方法。

●5.6外部强制对流传热计算

分析了纵掠平板对流传热特点，给出了层流和湍流时的传热关联式；分析了横掠单管对流传热特点，给出了不同Re数范围内的传热关联式；分析了影响横掠管束对流传热的主要因素，给出不同条件下的传热关联式；分析了冲击射流传热特点，给出了常用的冲击射流传热关联式；分析了多孔介质内的强制对流传热特点，导出了相应的传热关联式；归纳总结了在对传热过程分析中常用的无因次准则数的定义和物理意义。

●5.7对流传热比拟理论

介绍了比拟理论的基本思想，导出了动量通量和热通量的一般关系式，给出了比拟关系式的应用范围；主要介绍了常见的4种类比关系，即雷诺类比、普朗特-泰勒类比、冯·卡门类比和j因子类比。

●5.8对流传热的积分解法

介绍了边界层能量积分方程的推导过程，给出了能量积分方程适用范围；以外掠平板层流对流传热为例，详细介绍了边界层能量积分方程的求解方法；讨论了Pr>>1和Pr<<1两种特殊情况下边界层能量积分方程求解特点，并以Pr<<1流体为例介绍了简化求解过程。

●5.9自然对流传热

给出了自然对流传热的定义，分析了自然对流传热传热特点，引入了一个新的无因次准则数：Gr数；给出了自然对流传热边界层的定义，介绍了自然对流传热控制方程组，阐述了布西涅斯克近似的主要内容。

●5.10单相介质对流传热强化

介绍了对流传热场协同理论的基本思想，引入了协同角，阐述了强化传热的基本原则；阐述了强化单相介质对流传热的基本原则，介绍了几个常用的强化传热评价指标；介绍了几个常用的强化传热管，并分析了其强化传热机理和效果；介绍了常用的外部对流传热过程强化方法，并分析了其强化传热机理。

第六章相变对流传热

介绍膜状凝结、大容器沸腾的基本传热特征和传热量的计算方法。

●6.1相变传热概述

介绍相变传热及其特点。

●6.2珠状凝结和膜状凝结

讨论膜状凝结和珠状凝结及其各自的传热特点。

●6.3努谢尔特层流膜凝结理论

以竖壁表面膜状凝结为例，介绍Nusselt膜凝结理论及其求解过程。

●6.4湍流膜状凝结

定义了判定凝结液膜流态的膜层雷诺数，讨论了湍流膜状凝结传热的计算方法。

●6.5膜状凝结的影响因素

讨论影响膜状凝结传热的主要因素。

●6.6膜状凝结的强化原则和技术

介绍膜状凝结的强化原则和技术。

●6.7沸腾传热

讨论大容器饱和沸腾传热过程的沸腾曲线以及传热分区。

●6.8沸腾曲线上的几个特殊点

介绍沸腾曲线上的核态沸腾起始点、临界热流密度、偏离核态沸腾点、Leidenfrost点等。

●6.9大容器沸腾传热的计算

分别介绍了均相成核和非均相成核的基本理论。

●6.10沸腾传热的影响因素

介绍大容器饱和核态沸腾传热、临界热流密度和大容器膜态沸腾传热的代表性计算式。

●6.11沸腾传热的强化

讨论影响沸腾传热的主要因素。

●6.12热管简介

介绍沸腾传热强化的基本原则和方法。

●6.13沸腾成核理论

介绍了竖直管和水平管内流动沸腾的主要流型。

●6.14流动沸腾的流型

介绍热管的工作原理、主要特性及其应用场景。

第七章热辐射及辐射传热

主要讨论热辐射的本质及特点，包括热辐射的基本概念、热辐射基本定律，固体、液体和气体的辐射和吸收特性，以及漫射灰体表面间辐射传热计算、增强和削弱辐射传热的基本途径等。

●7.1概述

论热辐射的基本概念，包括热辐射、辐射传热基本概念，热射线的波长范围，热辐射与电磁波的关系，热辐射与热对流、热传导的区别；讨论热辐射的基本特性，包括吸收比、反射比、透射比基本概念，固体、液体、气体的辐射性，以及影响吸收比、反射比、透射比的因素，黑体、白体、透明体基本概念。

●7.2黑体辐射基本定律

介绍黑体辐射基本概念，包括光谱辐射力、辐射力、定向辐射强度、定向辐射力、立体角、可见辐射面积；介绍黑体辐射基本定律，包括普朗克定律、斯特藩-玻耳兹曼定律、维恩位移定律，讨论指定波长范围内辐射能的计算方法；介绍和讨论兰贝特定律，分析黑体辐射力与定向辐射强度的关系。

●7.3固体和液体的辐射和吸收特性

讨论实际物体的辐射特性，包括实际物体的光谱辐射力，实际物体的辐射力、黑度，实际物体的定向辐射强度，金属、非金属的定向发射率，实际物体表面发射率的特点；讨论实际物体的吸收特性，包括光谱吸收比、吸收比、投入辐射基本概念，实际物体光谱吸收比的选择性；介绍灰体基本概念，包括灰体的定义，灰体与黑体、实际物体的比较；分析和讨论基尔霍夫定律，包括基尔霍夫定律的推导、数学表达式、表述，介绍基尔霍夫定律在三个不同层次的表达式。

●7.4气体的辐射和吸收特性

分析和讨论气体的辐射和吸收特性，介绍具有辐射能力的气体、以及热辐射透明体，气体辐射和吸收的选择性、容积性；介绍气体吸收的基本规律—贝尔定律，涉及平均射线行程概念及其计算，以及当量半球的概念；介绍气体的发射率和吸收比的计算，分析气体不能作为灰体处理的原因。

●7.5辐射传热的计算

介绍角系数的定义和性质，分析角系数的相对性、完整性、可加性；分析和讨论角系数的计算，包括直接积分法和代数分析法，介绍三个非凹表面组成的封闭系统、两个非凹表面组成的系统的角系数的计算方法；分析和讨论两表面间辐射传热的计算，包括两黑体表面间辐射传热的计算，以及两灰体表面间辐射传热的计算，介绍有效辐射、表面辐射热阻、空间辐射热阻基本概念，以及几种典型情况的辐射传热；分析和讨论多表面间辐射传热的计算，包括辐射网络图，有效辐射方程组及其计算，分析重辐射面、黑体表面两种特殊情况下辐射传热的计算；介绍辐射传热的强化，包括减小表面辐射热阻，减小空间辐射热阻的具体方法，以及其它方法；介绍辐射传热的削弱，主要分析和讨论遮热板的原理及工程应用，分析和讨论遮热罩抽气式热电偶较小测温误差的原因。

第八章传热过程及换热器

主要讨论通过管壁（圆筒壁）和肋壁的传热过程，以及传热过程的强化和削弱，介绍常见换热器的类型、特点及工作原理，分析换热器中的传热过程，以及换热器的设计计算和校核计算的步骤和区别。

●8.1传热过程及其控制

分析和讨论通过圆筒壁的传热过程，包括通过圆筒壁的传热方程、传热系数的分析和讨论，以及临界热绝缘直径；分析和讨论通过肋壁的传热过程，包括过肋壁传热方程、传热系数的表达式，介绍肋化系数基本概念，分析肋化系数、肋高和肋间距对肋壁传热的影响；介绍传热过程强化的基本途径，包括增加传热面积、增大传热温差、提高传热系数的措施，分析提高传热系数的有效环节，介绍削弱传热的基本途径，包括污垢热阻基本概念，以及污垢热阻的计算，考虑污垢热阻时传热系数的计算；

●8.2换热器中的传热过程

介绍换热器及其分类，包括换热器基本概念，以及换热器按工作原理的分类，介绍回热式换热器、混合式换热器、间壁式换热器的工作原理；介绍间壁式换热器的分类及特点，分别介绍套管式换热器、壳管式换热器、肋管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器的结构和特点，介绍顺流换热器、逆流换热器、复杂流换热器；分析和讨论简单流型换热器平均温差的计算，介绍换热器热计算的热平衡方程、传热方程，分析对数平均温差的数学表达式；分析和讨论复杂流型换热器平均温差的计算，介绍温差修正系数，分析温差修正系数的计算，讨论换热器顺流和逆流布置时的特点；介绍换热器的热计算，包括设计计算和校核计算，分别介绍设计计算和校核计算的方法和步骤。