內容簡介
各種能源的利用中有80％需通過熱量的傳遞和轉化，因此傳熱過程特別是對流傳熱過程的強化與最佳化，對節能減排具有十分重要的意義。與現有半經驗性的傳熱強化理論與技術不同，《對流傳熱最佳化的場協同理論》從流場與溫度場配合的角度闡明對流傳熱的物理機制，系統論述了對流傳熱的場協同強化與最佳化理論，它不僅能統一認識現有各種傳熱強化技術的物理本質，而且能開發系列的高效節能技術。《對流傳熱最佳化的場協同理論》匯集了作者多年的研究成果，第1章介紹對流傳熱的基礎知識，第2、3章介紹對流傳熱場協同的基本概念、場協同方程及對流傳熱過程最佳化的煳耗散極值原理，第4、5章為基於場協同理論發展的高效節能傳熱元件和換熱器最佳化的場協同理論，第6～8章分別介紹周期性脈衝對流傳熱、熱磁對流傳熱以及對流傳質過程的場協同分析。目錄
前言主要符號
第1章對流傳熱基礎知識
1.1熱傳導
1.1.1傅立葉導熱定律
1.1.2熱導率與導熱機理
1.1.3導熱問題的數學描述
1.1.4穩態導熱
1.1.5非穩態導熱
1.2對流傳熱
1.2.1牛頓冷卻定律
1.2.2對流傳熱問題的控制方程組
1.2.3邊界層型對流傳熱問題的控制方程組
1.2.4圓管內層流對流傳熱
1.2.5對流傳熱的準則關係式
1.2.6自然對流傳熱
1.3對流傳熱過程與熱交換器
1.3.1傳熱過程
1.3.2熱交換器的設計方法
1.4對流傳熱過程的強化與控制
1.5關於傳熱學的兩點思考
1.5.1關於熱阻概念的討論
1.5.2傳熱學與熱力學的差別
1.6小結
參考文獻
第2章對流傳熱最佳化的場協同理論
2.1對流傳熱的物理機制
2.1.1對流傳熱是有流體運動時的導熱
2.1.2對流傳熱控制和強化的途徑
2.1.3對流傳熱的幾個特殊例子
2.1.4對流傳熱的物理機制
2.2對流傳熱最佳化的場協同理論
2.2.1對流傳熱問題的場分析
2.2.2對流傳熱的場協同
2.3場協同理論的套用
2.3.1現有對流傳熱現象的分析和討論
2.3.2發展系列的傳熱強化新方法和新技術
2.4換熱器中的場協同理論
2.4.1換熱器最佳化的場協同理論
2.4.2場協同理論在換熱器最佳化中的套用
2.5小結
參考文獻
第3章管內對流傳熱的場協同方程及其套用
3.1熾與煳耗散
3.1.1熠的定義及其物理意義
3.1.2熾的耗散
3.2煳耗散極值原理
3.3導熱問題的最佳化
3.3.1體點散熱問題
3.3.2導熱最佳化的溫度梯度均勻化原則
3.3.3體點問題的數值最佳化
3.4煳耗散極值原理與最小熵產原理的比較
3.4.1對稱體點散熱問題
3.4.2非對稱體點散熱問題
3.4.3熵產最小的熱導率分布最佳化方程
3.4.4基於最小熵產原理和熠耗散極值原理的最佳化結果比較
3.5管內層流對流傳熱的場協同方程
3.6速度場最佳化的實例分析
3.6.1矩形腔內層流對流傳熱的最優速度場
3.6.2管內層流對流傳熱的最優速度場
3.7縱向渦對管內層流流阻和換熱影響的分析
3.7.1縱向渦對管內層流流阻的影響
3.7.2縱向渦對管內層流換熱的影響
3.8湍流對流傳熱的場協同方程
3.8.1湍流換熱的場協同關係式
3.8.2湍流對流傳熱的場協同方程
3.8.3平行平板間湍流泊肅葉流換熱的最佳化速度場
3.9微肋管強化湍流換熱的機理分析
3.9.1微肋管簡介
3.9.2微肋管的流動與換熱性能
3.10小結
參考文獻
第4章基於場協同理論的傳熱強化技術
4.1縱向渦傳熱強化技術簡介
4.2交叉縮放橢圓換熱管
4.2.1交叉縮放橢圓管簡介
4.2.2交叉縮放橢圓換熱管管內對流傳熱的數值分析
4.2.3交叉縮放橢圓換熱管管內對流傳熱的實驗
4.3不連續雙斜向內肋管
4.3.1不連續雙斜向內肋管簡介
4.3.2不連續雙斜向內肋管對流傳熱性能的數值計算
4.3.3不連續雙斜向內肋管性能的實驗結果
4.4交叉縮放橢圓管和不連續雙斜內肋管的綜合性能評價
4.4.1單相對流傳熱強化評價準則
4.4.2典型換熱管換熱和阻力的關聯式
4.4.3各種強化管綜合性能的評價與比較
4.5不連續交叉肋板片
4.5.1常用板片簡介
4.5.2不連續交叉肋板片
4.5.3不連續交叉肋板片間對流傳熱的數值分析
4.5.4不連續交叉肋板片間流動與換熱的實驗
4.6急擴加速流縮放管
4.7強化換熱翅片
4.8纖毛肋強化傳熱管
4.9小結
參考文獻
第5章換熱器最佳化的場協同理論與套用
5.1換熱器最佳化的場協同理論
5.1.1換熱器中的場協同概念與場協同數
5.1.2幾種典型換熱器的場協同數
5.1.3換熱器最佳化的場協同理論
5.1.4多股流換熱器中冷熱流體溫度場的協同
5.2換熱器場協同理論的證明
5.2.1換熱器中的煅耗散
5.2.2換熱器場協同理論的證明
5.3對數平均溫差與局部溫差的關係
5.4逆流換熱器場協同的改善方法
5.5順流換熱器場協同的改善方法
5.6叉流換熱器場協同的改善方法
5.6.1改善叉流換熱器場協同的變面積分布方法
5.6.2改善逆向叉流換熱器場協同的方法
5.7汽水熱交換器場協同的改善方法
5.8小結
參考文獻
第6章周期性脈衝對流傳熱的場協同分析
6.1脈衝對流傳熱簡介
6.2周期性脈衝對流傳熱的場協同關係式
6.2.1外掠平板周期性脈衝對流傳熱的場協同關係式
6.2.2平行平板通道內周期性脈衝對流傳熱的場協同關係式
6.2.3圓管內周期性脈衝對流傳熱的場協同關係式
6.2.4流體繞流振動圓柱對流傳熱的場協同關係式
6.3平行平板通道內脈衝對流傳熱
6.3.1平行平板通道內脈衝流動的速度分布
6.3.2平行平板通道內脈衝流動的溫度分布
6.4平行平板通道內脈衝對流傳熱數值模擬
6.4.1等熱流邊界問題
6.4.2等壁溫邊界問題
6.5圓管內層流脈衝對流傳熱
6.5.1管內層流脈衝流動的速度分布
6.5.2管內層流脈衝流動的溫度分布
6.5.3圓管內層流脈衝對流傳熱的數值模擬
6.5.4帶內環肋圓管層流脈衝對流傳熱數值分析
6.6流體低速繞流振動圓柱對流傳熱的數值分析
6.6.1計算模型與參數
6.6.2計算結果
……
6.7小結
參考文獻
第7章熱磁對流傳熱的場協同分析
7.1熱磁對流研究簡介
7.2物質的磁性
7.3磁場力和磁浮升力
7.4梯度磁場作用下對流傳熱的控制方程
7.5理想梯度磁場作用下封閉腔內的自然對流傳熱
7.6磁致純導熱和磁致Benard對流
7.7理想梯度磁場作用下的地面微重力流動與換熱
7.8梯度磁場作用下的封閉腔內自然對流傳熱
7.9四極磁場作用下的自然對流
7.10四極磁場作用下矩形通道內對流傳熱
7.11小結
參考文獻
第8章對流傳質過程的場協同理論及其套用
8.1對流傳質中的場協同
8.2傳質過程的不可逆性及最小作用量
8.3質量積耗散極值原理
8.4光催化反應器的性能最佳化
8.5空間站實驗艙通風排污過程最佳化
前言
隨著科學技術的進步與發展，人們對提高生活品質的需求越來越迫切。然而，精神文明和物質文明的發展是以消耗地球上的有限能源，特別是石油和煤炭一類化石能源為代價的。人類在消耗地球上有限能源的同時，也對自身賴以生存的環境造成了嚴重的污染和破壞，進入21世紀的人類正面臨能源與環境兩大挑戰。我國有13億多人口，是世界上最大的開發中國家，同時，我國的能源資源短缺，人均能源資源就更加不足，優質能源嚴重匱乏（我國的人均煤炭可采儲量為世界人均水平的54％，人均石油剩餘可采儲量僅為世界人均水平的8％）。目前我國正處在經濟建設的重要時期，實現全面小康和現代化戰略不可能走多數西方國家大量消耗能源的老路，只能走高效利用能源的可持續發展之路，因此，在未來的經濟發展過程中，節能將一直作為我國國民經濟可持續發展的基本國策，節能和提高能源使用效率將顯得尤為重要。在能源的利用過程中，80％以上的能源都需要通過傳熱過程或通過換熱器來實現。可見，發展並採用高效節能的傳熱強化技術對節能具有十分重要的意義。傳熱學是一門古老的學科，其中有關強化傳熱理論與技術的研究已有100多年的歷史。特別是在20世紀70年代，世界面臨石油危機，使得傳熱強化技術取得了長足發展，各種各樣的傳熱強化技術得到了研發和套用。然而，在有關傳熱強化技術的研究中，相關的理論研究比較缺乏，大多數傳熱強化技術的研發具有經驗或半經驗性質，而且，在強化換熱的同時，還會伴隨著流動阻力的大幅增加，流動阻力增加的幅度往往大於傳熱的增強幅度，總體說來並不節能。因此，從節能的角度考慮，需要在理論指導下研發高效節能的傳熱強化技術，對工業和生活中最常見的對流傳熱來說，就是要研發同功耗條件下換熱顯著強化的新型強化換熱理論和技術。
精彩書摘
為了便於讀者理解傳熱過程的場協同理論，本章首先介紹傳熱學的基礎知識。鑒於傳熱過程的場協同理論目前還沒有涉及輻射換熱，所以只介紹熱傳導和對流傳熱的基礎知識，其目的在於在了解熱傳導和對流傳熱的傳統處理方法的同時，分析傳熱學中需要進一步研究的問題。例如，傳統的傳熱學中廣泛使用了熱阻的概念，雖然採用熱阻概念可以方便地分析許多傳熱問題，但它實際上僅僅適用於一維穩態問題，對於瞬態導熱、具有內熱源的穩態導熱以及多維問題等並不能嚴格地定義熱阻；傳熱學的教科書中也沒有傳熱過程的效率的討論，原因在於在整個傳熱過程中，能量是守恆的，因此，不能像熱力學中討論熱機的熱功轉換效率那樣定義傳熱過程的效率；正因為沒有傳熱過程的效率，所以傳熱學教科書中也就沒有傳熱過程最佳化的討論。實際上，面對節能這一重大課題，如何使傳熱這一不可逆過程更為高效是發展高效節能傳熱技術的關鍵。這也正是本書介紹對流傳熱最佳化的場協同理論的出發點。當然介紹傳統的處理方法和準則關係式也可供讀者使用時參考。下面分別介紹熱傳導、對流傳熱以及熱交換器的基礎知識，在1.5節，將討論傳熱學中需要進一步研究的問題.有關傳熱學的基礎知識，在許多傳熱學的教科書中都有更詳細的介紹，本章所介紹的內容主要參考了楊世銘和陶文銓編著的《傳熱學》第4版。
