The de facto standard text for heat transfer - noted for its readability, comprehensiveness and relevancy. Now revised to include clarified learning objectives, chapter summaries and many new problems. The fourth edition, like previous editions, continues to support four student learning objectives, desired attributes of any first course in heat transfer:
Learn the meaning of the terminology and physical principles of heat transfer delineate pertinent transport phenomena for any process
工程热力学与传热学基础 (Engineering Thermodynamics and Heat Transfer Fundamentals) 本书简介 本书旨在为工程专业学生提供热力学和传热学领域坚实的基础知识和深入的理解。内容涵盖了从基本概念到复杂应用的全过程，重点在于培养读者解决实际工程问题的能力。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在帮助学习者建立起对能量转换、物质状态变化以及热量传递机制的全面认识。 第一部分：热力学基础 (Part I: Fundamentals of Thermodynamics) 第一章：引言与基本概念 (Introduction and Basic Concepts) 本章首先介绍了热力学的定义、范围及其在现代工程中的重要性。重点阐述了系统（System）、边界（Boundary）、环境（Surroundings）等核心术语，并区分了宏观（Macroscopic）与微观（Microscopic）视角。介绍了热力学平衡态（Thermodynamic Equilibrium）的概念，并着重讲解了温度（Temperature）和热力学温标（Thermodynamic Temperature Scale）的物理意义，特别是绝对零度（Absolute Zero）的重要性。压力（Pressure）的概念及其各种单位的换算被详细讨论，包括静水压力和表压、真空度。功（Work）和热量（Heat）作为能量交换的两种基本形式，被初步定义，并强调了它们不是物质的属性。 第二章：物质的热力学性质 (Properties of Substances) 本章深入探讨了纯物质的热力学性质。详细介绍了纯净物（Pure Substance）的相变过程，包括饱和状态（Saturated State）、干度（Quality）、过热蒸汽（Superheated Vapor）和亚冷却液体（Subcooled Liquid）。着重讲解了P-v-T图、T-v图、h-s图（克拉佩龙图）等重要的物性图表的使用方法。通过查阅蒸汽表（Steam Tables）和制冷剂表，读者将学会如何确定处于给定状态下物质的内能（Internal Energy, $u$）、焓（Enthalpy, $h$）、熵（Entropy, $s$）等关键热力学性质。此外，理想气体（Ideal Gas）的性质及其状态方程（如$PV=mRT$）的应用被单独讨论，并引入了偏差因子（Compressibility Factor, $Z$）来修正真实气体行为。 第三章：能量、功与热量 (Energy, Work, and Heat) 本章是理解热力学定律的基石。能量守恒定律——热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）被严格推导并应用于各种封闭系统和控制体（流体）。对于封闭系统，推导了 $Delta E = Q - W$ 关系式，并详细分析了准静态过程（Quasi-static Process）中体积功（Boundary Work）的计算，如等温、等压、等容和多变过程。对于流动系统，通过控制体分析推导了稳态能量方程（Steady-Flow Energy Equation, SFEE），并将其应用于喷管、涡轮机、泵和换热器等典型工程设备。功的形式被拓宽，除了体积功，还介绍了轴功（Shaft Work）和流动功（Flow Work）。 第四章：热力学第二定律 (The Second Law of Thermodynamics) 本章引入了熵（Entropy）的概念，这是区分可逆过程与不可逆过程的关键热力学状态量。详细阐述了开尔文-普朗克（Kelvin-Planck）和克劳修斯（Clausius）表述，并探讨了卡诺循环（Carnot Cycle）作为理想热力学循环的典范。熵的定义、计算以及熵产生（Entropy Generation）的概念被详尽介绍。不可逆性（Irreversibility）与熵增加原理被确立。对于流动系统，推导了熵的传输方程（Entropy Transport Equation），并分析了实际过程中不可逆性对设备性能的影响。功的品质（Quality of Energy）被引入，区分了“可用功”（Exergy）的概念。 第五章：热力学循环分析 (Thermodynamic Cycles Analysis) 本章应用前述定律分析重要的能量转换循环。首先分析了蒸汽动力循环，包括朗肯循环（Rankine Cycle）的理想形式与实际改进（如回热、再热和初级/二级加热）。随后，分析了气体动力循环，重点阐述了布雷顿循环（Brayton Cycle）在燃气轮机中的应用，并讨论了涡轮增压和回热对循环效率的影响。对于制冷和热泵，详细分析了蒸汽压缩制冷循环的工作原理、性能系数（COP）以及与理想卡诺制冷循环的比较。最后，简要介绍了内燃机的理想循环模型，如奥托循环（Otto Cycle）和狄塞尔循环（Diesel Cycle）。 第二部分：传热学基础 (Part II: Fundamentals of Heat Transfer) 第六章：传热导论与导热基础 (Introduction to Heat Transfer and Conduction Fundamentals) 本章作为传热学的开篇，区分了热量（Heat）与温度（Temperature）的概念，并概述了三种基本传热方式：导热（Conduction）、对流（Convection）和辐射（Radiation）。重点深入研究了导热现象。详细阐述了傅里叶导热定律（Fourier’s Law of Heat Conduction）及其矢量形式。随后，系统推导了一维、稳态、无内热源条件下的傅里叶定律在笛卡尔坐标系中的形式。通过具体例子，讲解了热阻（Thermal Resistance）的概念，并将其应用于复合壁体（Composite Walls）的稳态导热分析，强调了接触热阻（Contact Resistance）的影响。 第七章：一维稳态导热与散热片分析 (One-Dimensional Steady Conduction and Fin Analysis) 本章专注于稳态导热的进阶分析。首先，通过热扩散方程（Heat Diffusion Equation）的推导，建立了导热问题的数学基础。随后，求解了带有一维、稳态、内热源的平面壁、圆柱体和球体的导热微分方程，并分析了边界条件（Boundary Conditions）对解的影响。紧接着，详细分析了散热片（Fins）的理论。讨论了不同端部条件（绝热端、自然对流端）下散热片的效率（Efficiency）和有效性（Effectiveness）的计算方法，并分析了影响散热片性能的关键几何和材料参数。 第八章：瞬态导热 (Transient Conduction) 本章处理随时间变化的导热问题。首先介绍了集总系统分析法（Lumped Capacitance Method），讨论了其适用条件（毕奥数 $Bi < 0.1$），并推导出系统温度随时间衰减的指数关系式。对于不满足集总系统假设的情况，引入了泊松积分（Heisler Charts）图表，用以快速估算无限大平板、圆柱和球体内部的温度分布和总热量传递。对于更复杂的情况，本章介绍了分离变量法（Separation of Variables）在求解二维瞬态导热问题中的应用原理。 第九章：对流传热导论 (Introduction to Convection Heat Transfer) 本章引入了对流传热这一复杂的传热模式。首先定义了牛顿冷却定律（Newton’s Law of Cooling）作为对流传热的宏观描述。深入探讨了流体力学基础，包括层流（Laminar Flow）与湍流（Turbulent Flow）的区分，以及雷诺数（Reynolds Number, $Re$）作为流态判据的作用。重点讲解了边界层理论（Boundary Layer Theory），包括速度边界层和温度边界层，以及摩擦系数和努塞尔数（Nusselt Number, $Nu$）的物理意义。对于外部流（如平板上的流动），通过经验关系式计算局部和平均对流换热系数。对于内部流，区分了充分发展段（Fully Developed Region）和入口段，并分别讨论了层流和湍流中的对流换热。 第十章：热辐射传热 (Thermal Radiation Heat Transfer) 本章专注于热辐射，即不依赖任何介质的能量传递方式。详细介绍了黑体（Blackbody）的概念，并阐述了斯忒藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann Law）。辐射换热的几个关键概念，如辐射率（Emissivity）、吸收率（Absorptivity）、反射率（Reflectivity）和透射率（Transmissivity）之间的关系被清晰界定。针对非黑体表面的换热计算，引入了形状因子（View Factor）的概念，并讨论了其几何性质。通过辐射网络分析法，本章展示了如何求解多个相互辐射表面之间的复杂热平衡问题。 第十一章：传热设备与传热系数 (Heat Exchangers and Overall Heat Transfer Coefficient) 本章将导热、对流和辐射的知识综合应用于换热器这一核心设备。首先定义了总传热系数（Overall Heat Transfer Coefficient, $U$），并解释了其与各部分热阻（污垢热阻等）的关系。详细分析了两种基本的换热器类型：并流（Parallel Flow）和逆流（Counterflow）换热器。引入了平均温差法（Log Mean Temperature Difference, LMTD）用于计算换热器的热负荷。随后，系统介绍了换热单元数法（Number of Transfer Units, NTU）及其与有效性（Effectiveness）的概念，该方法特别适用于已知换热器尺寸而未知出水温度的复杂情况。 本书的编排侧重于理论推导与工程实例的紧密结合，确保读者不仅掌握了“如何计算”，更能理解“为什么这样计算”，从而为后续深入的传热学或能源工程学习打下坚实的基础。
