Thermal Radiation Heat Transfer

Thermal Radiation Heat Transfer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Siegel, Robert/ Howell, John R.
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页数:0
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价格:980.00 元
装帧:
isbn号码:9781560328391
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图书标签:
  • 热辐射
  • 传热学
  • 热传递
  • 辐射换热
  • 工程热物理
  • 传热系数
  • 表面特性
  • 光谱辐射
  • Monte Carlo方法
  • 数值模拟
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具体描述

传热学导论:从基础到应用 本书旨在为对传热现象感兴趣的学生、工程师和研究人员提供一个全面且深入的导论,重点关注传热学的三个基本模式:传导、对流与辐射。 本书的编排结构严谨,内容详实,力求在概念阐述的清晰性与工程应用的实用性之间取得完美的平衡。我们相信,理解热量如何传递是现代工程设计和科学研究的基石,无论是在能源转换、材料科学、还是环境控制领域。 第一部分:传热学的基本概念与传导 本书的开篇将为读者建立起坚实的理论基础。我们将从热力学的基本原理出发,回顾能量守恒定律(第一定律)在传热问题中的具体表现形式——即能量平衡方程。随后,我们将详细讨论温度、热流密度以及不同材料的热物理性质(如热导率、比热容和密度)在传热过程中的核心作用。 传导传热是本书的第一重点。我们首先会深入探讨傅里叶定律(Fourier's Law),这是理解固体和静止流体中热量如何通过分子振动和自由电子运动进行传递的关键。我们将从一维、稳态传导问题入手,详细分析通过平板、圆柱体和球体的热阻概念。通过引入电-热类比,读者可以更直观地理解热阻在复杂几何结构中的应用。 随后,我们将过渡到瞬态传导(或称非稳态传导)。这部分内容至关重要,因为它描述了系统温度随时间变化的过程。我们将引入生物数(Biot Number)和傅里叶数(Fourier Number),用以判断 Lumped Capacitance Method(集总参数法)的适用性。对于不能采用集总参数法的情况,本书将详细讲解半无限大固体、无限大平板、圆柱和球体在恒温或恒热流边界条件下的精确解(如 Heisler 图表)。通过对拉普拉斯方程(Laplace Equation)的解析求解,读者将掌握如何处理二维稳态传导问题,并介绍有限差分法(Finite Difference Method)在处理复杂几何形状和非均匀材料时的数值方法。 第二部分:对流传热学 对流传热,即流体运动参与下的热量传递,是描述大多数实际工程问题的核心机制。本书将对流传热划分为自然对流和强制对流两大类进行系统性阐述。 强制对流部分,我们将首先回顾流体力学的基础,包括层流与湍流的概念、雷诺数(Reynolds Number)的意义,以及边界层理论的建立。我们将重点讨论动量边界层与热边界层之间的相互作用。对于管内流动和管外流动,本书将提供详细的经验关联式(Correlations),这些关联式是进行实际换热器设计的关键工具。例如,在描述管内流动时,我们将涵盖Gnielinski、Dittus-Boelter 等重要经验公式的应用范围和局限性。 自然对流的分析则建立在浮力驱动流体运动的基础上。我们将引入Grashof数(Grashof Number)和Rayleigh数(Rayleigh Number)。书中将包含对水平板、垂直板、圆柱体以及封闭空腔内自然对流的经典案例分析,这在建筑热性能分析和电子设备散热中具有重要意义。 本书的另一大亮点是对换热器分析的深入探讨。我们将详细介绍并对比并流(Parallel Flow)和逆流(Counter Flow)换热器的设计原理。核心概念如平均温度差(LMTD)和有效性-NTU法(Effectiveness-NTU Method)将被详尽推导和应用,使读者能够精确计算不同配置下的换热面积和出口温度。 第三部分:辐射传热学 辐射传热是能量通过电磁波形式进行的传递,它不需要任何介质,在真空和高温应用中占据主导地位。本部分将从电磁辐射的基本理论出发,深入探讨热辐射的物理本质。 我们将定义黑体(Black Body)作为理想辐射体,并详细阐述普朗克定律(Planck's Law)、斯蒂芬-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann Law)以及维恩位移定律(Wien's Displacement Law)。 随后,本书将从理想黑体过渡到灰体(Gray Body)和实测表面的分析。关键的辐射特性——发射率(Emissivity)和吸收率(Absorptivity)、反射率(Reflectivity)和透过率(Transmissivity)之间的关系将被清晰界定。 辐射换热分析的核心在于辐射几何因子(View Factor)的计算。我们将提供图形化方法和代数推导,讲解封闭性(Closure)和互易性(Reciprocity)等重要法则。随后,我们将处理辐射网络分析法(Radiation Network Analysis),该方法通过构建等效电路来分析多表面系统之间的净辐射热流,特别是在存在遮挡物或非均匀表面温度的情况下。 最后,本书会集成对流与辐射的联合换热过程。在许多实际场景中(如烟道气体加热、太空环境模拟),热量传递是多种模式同时发生的。我们将指导读者如何将对流热阻和辐射热阻并联或串联起来,以精确预测总体的热交换效率。 第四部分:传热学在现代工程中的应用拓展 在总结传导、对流和辐射的基础上,本书的最后一部分将探讨这些原理在先进工程领域的实际应用。 我们将涵盖热材料的性能表征,包括薄膜和多孔介质中的热传输。在能源领域,本书将讨论太阳能集热器的设计,分析玻璃盖板的选择如何影响热损失和效率。在环境工程中,我们将探讨建筑围护结构的传热建模,强调隔热材料的选择标准。此外,对于高科技领域,本书还将简要介绍热管(Heat Pipes)和斯特林发动机中的复杂传热现象。 本书的特点: 丰富的例题与习题: 每章末尾均配有大量涵盖不同难度级别的例题和习题,帮助读者巩固理论知识并提高解决实际问题的能力。 工程导向: 理论推导清晰,但始终注重引导读者如何将公式应用于实际工程设计规范。 全面的附录: 附录中包含了常用的物性数据表、重要无量纲数定义表以及换热器设计参考图表。 通过系统学习本书内容,读者将获得对传热学原理的深刻理解和熟练的分析能力,为后续更专业领域的深入研究打下坚实的基础。

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用户评价

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这本书的专业深度和广度是毋庸置疑的,但真正让我感到惊喜的是它对新兴领域和未来挑战的关注。在探讨了经典的热辐射理论之后,作者没有止步于此,而是用相当的篇幅介绍了前沿研究方向,这让这本书的生命力得以延续。其中对“选择性表面”的深入探讨尤为精彩,不仅仅停留在理论上对选择性吸收率和发射率的定义,还涉及了纳米结构、超材料等新兴技术在实现这些特性的可能性和工程化瓶颈。此外,对于“非平衡态热辐射”的初步介绍,虽然篇幅不长,但其对理解例如快速加热或冷却过程中的辐射行为具有重要的启发意义。这表明作者紧跟学科发展的步伐,确保了书中内容的前沿性。对于那些希望在热辐射领域进行深入研究或者寻求突破性解决方案的研究人员来说,这本书提供了一个极佳的起点,它不仅教会了你如何解决已有的问题,更重要的是,它为你指明了未来可能需要解决的新问题所在。

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这本书最让我感到惊艳的是它在处理复杂辐射交换问题时的系统性和严谨性。它没有满足于停留在基础的斯特藩-玻尔兹曼定律层面,而是毫不畏惧地深入到了涉及形状因子(或称视角因子)的计算和应用。作者对形状因子计算的章节处理得极为巧妙,不仅系统地回顾了传统的解析几何法,还引入了更现代的数值方法和蒙特卡洛追踪技术,这种跨越不同计算维度的广度非常难得。更重要的是,书中对于有限元分析(FEA)在辐射传热中的应用也进行了详尽的探讨,特别是如何将辐射边界条件有效地耦合到结构热分析模型中,这对于从事高级热管理系统设计的人员来说,简直是宝藏级别的参考。我记得书中有一个关于多孔介质中辐射传输的章节,它清晰地阐述了弥散近似和离散坐标法(DOM)的适用场景和各自的优缺点,这种对不同模型适用边界的精准把握,体现了作者深厚的学术功底和丰富的实践经验。读完这部分,我感觉自己对如何选择恰当的数学工具来解决实际工程中的疑难杂症,有了更清晰的思路和更坚定的信心。

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从应用角度来看,这本书的价值简直是无可估量。它绝不仅仅是一本纯理论的教科书,更像是一本指导工程师解决实际问题的操作手册。作者对几个关键应用领域的详述令人印象深刻。比如,在空间热环境工程方面的论述,它细致地分析了卫星表面在不同轨道姿态下面临的太阳辐射、地球反射辐射和地球长波辐射的复杂叠加效应,并提供了相应的辐射屏蔽和热控涂层选择的案例分析。另一个让我受益匪浅的部分是关于高真空和高温工业炉膛的热辐射分析。书中通过详细的案例,展示了如何处理高温辐射源与低温工件之间的能量传递,特别是对于非灰体辐射源的处理,提供了一套非常实用的迭代求解流程。这些案例都配有详细的输入参数和最终结果的对比,使得读者可以对照自己的项目进行参考和验证。这本书的这种“学以致用”的导向,极大地提升了其作为参考书的实用价值,远超同类书籍的水平。

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这本书的写作风格和逻辑递进方式,给我带来了极其流畅的阅读体验,这是很多理工科书籍难以企及的优点。作者在构建知识体系时,展现出一种高屋建瓴的洞察力,总能将看似零散的知识点串联成一个有机的整体。例如,在讨论辐射与对流、传导的耦合作用时,作者并没有简单地将这些章节并列,而是通过一个完整的案例,清晰地展示了在混合传热问题中,辐射项是如何影响整体温度场的分布,以及如何通过改变辐射边界条件来优化系统的热性能。这种跨学科的整合能力,是衡量一本优秀技术著作的重要标准。此外,书中对历史发展脉络的穿插介绍也很有趣,比如对普朗克常数发现及其对后续辐射定律发展影响的简短回顾,这让阅读过程多了一份历史的厚重感,也让读者更能理解现有理论的来之不易。整本书读下来,感觉知识的获取是层层递进,结构稳固,没有丝毫的跳跃感或断裂感。

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这本书的装帧和纸质都相当不错,拿到手里就能感受到作者和出版社对细节的关注。内页排版清晰,图表和公式的呈现既专业又不失可读性,这对于一本涉及复杂物理过程的书籍来说至关重要。我特别欣赏作者在概念引入方面的处理方式,没有一上来就抛出复杂的数学模型,而是循序渐进地从宏观的物理直觉出发,这让我这个初次接触该领域的人感到非常友好。例如,他们对黑体辐射的描述,不仅仅停留在定义上,还通过生动的比喻和实际案例,帮助读者建立起对能量辐射本质的深刻理解。随后的章节,对不同表面材料辐射特性的讨论也十分深入,涉及镜面反射、漫反射以及复杂表面的综合辐射效率,这些内容对于实际工程应用中的热设计至关重要。书中提供的那些精美的示意图,极大地辅助了空间几何关系和辐射交换路径的理解,很多抽象的理论概念在这些图示的帮助下变得触手可及。总的来说,这本书在视觉呈现和基础概念构建上,给我留下了极为专业且细致的印象,无疑是构建扎实理论基础的优良材料。

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