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第一章 延伸表面传热研究概况 1

1-1延伸表面传热研究的意义 1

1-2延伸表面传热研究的概况 2

1-3延伸表面传热研究的内容 5

1-4延伸表面传热研究的方法 6

参考文献 7

第二章 传热问题的数学基础 14

2-1一阶线性常微分方程 14

2-2二阶线性常微分方程 15

2．2．1二阶线性常微分方程解的结构 15

2．2．2常系数二阶线性常微分方程 15

2．2．3变系数二阶线性常微分方程 16

2-3二阶线性常微分方程 23

2．3．1基本概念 23

2．3．2分离变量法 25

2．3．3对非齐次方程或非齐次边界条件的处理 26

2．3．4特征函数的正交性 30

2-4 Newton-Raphson迭代法 30

2-5准线性化技术 32

2-6不变插值原理 35

2-7 Runge-Kutta法 38

2．7．1初值问题的Runge-Kutta法 38

2．7．2变系数非线性二阶常微分方程两点边值问题的Runge-Kutta法 43

2．7．3二阶常微分方程两点边值问题的改进算法 46

2-8试射法 48

2-9摄动法 49

2．9．1摄动法简介 49

2．9．2基本概念 49

2．9．3正则摄动法 50

2-10有限差分法 52

2．10．1常微分方程边值问题的有限差分法 53

2．10．2抛物型偏微分方程的差分格式 54

2．10．3椭圆型偏微分方程的差分格式 61

2-11有限元法 62

2．11．1有限元方程的出发方程 63

2．11．2区域剖分 65

2．11．3在每个基本单元上构造插值函数（基函数） 65

2．11．4单元分析 66

2．11．5总体合成 67

2．11．6本质边界条件处理 67

2．11．7有限元方程组的求解 68

2-12代数方程组的求解 68

参考文献 74

附录1 Gauss消去法子程序（FORTRAN语言） 75

附录2 Gauss消去法子程序（C语言） 76

第三章 一维稳态传热研究 78

前言 78

3-1端部绝热条件下的一维传热 79

3．1．1纵长肋/直肋 79

3．1．2环肋 84

3．1．3销钉形肋片 91

3-2端部有对流换热时的一维传热 97

3．2．1矩形剖面直肋 97

3．2．2梯形剖面直肋 101

3．2．3矩形环肋 102

3-3一维稳态传热的近似解析解 104

3．3．1一阶近似解析解 105

3．3．2高阶近似解析解 106

3-4辐射对肋片传热的影响 109

3．4．1在辐射和对流条件下肋片的传热特性 109

3．4．2纯辐射换热肋片 116

3-5肋表面的局部传热特性 127

3．5．1对流换热系数均匀条件下的局部传热特性 127

3．5．2从边界层方程出发分析肋表面局部传热特性 127

一、自然对流条件下竖直平板肋片的传热特性 127

二、自然对流条件下竖直平板肋片传热的相似解 131

三、强迫对流条件下竖直平板肋片的传热特性 135

四、竖直钉肋的混合传热特性 139

3-6变热特性参数条件下的一维传热 143

3．6．1对流换热系数是位置的函数 143

3．6．2对流换热系数是温度的函数 149

3-7 内热源对肋片传热的影响 153

3．7．1有内热源时矩形直肋的传热特性 153

3．7．2有内热源时竖直平板肋片在自然对流条件下的传热特性 155

3-8护罩（套管）对肋片传热的影响 157

3-9评价肋片性能的指标—增大系数和强化因子 163

3-10研究肋片的新参数法—热转换矩阵 167

3．10．1热转换矩阵法简介 167

3．10．2改进型热转换矩阵法 175

3．10．3均布热源的处理 180

3．10．4肋列设计的限制条件 180

3-11 一列肋片的“有限元”分析法 182

参考文献 187

附录 190

第四章 多维稳态传热研究 197

4-1肋片—维分析的误差 197

4-2二维分析的解析解 201

4．2．1二维肋片的解析解 201

4．2．2二维肋片的—维修正解 207

4-3肋片与基体接触完好性对传热的影响 209

4-4二维肋片解析解的级数截去法 210

4-5肋根温度沉降对传热的影响 213

4-6矩形肋片管的肋效率计算 218

4-7延伸表面的凝结换热 223

4．7．1竖壁上垂直肋片的凝结换热 224

4．7．2水平整体式肋管的凝结换热 229

4-8平行板通道中肋片的传热特性 233

4-9二维肋片的有限元分析 243

参考文献 248

附录1 二维肋片的有限元程序（FORTRAN语言） 250

附录2 二维肋片的有限元程序（C语言） 256

第五章 非稳态传热研究 265

5-1矩形直肋的瞬态传热特性—Laplace变换的解析解 265

5．1．1肋根温度突变 265

5．1．2肋根热流突变 271

5．1．3变热特性参数时的非稳态传热 273

5-2矩形直肋的周期性传热 274

5．2．1肋根温度按正弦规律变化 274

5．2．2肋根热流按正弦规律变化 276

5．2．3肋根温度按余弦规律变化 277

5．2．4变热特性参数时的周期性传热 283

5-3梯形肋片的周期性传热 286

5．3．1定热特性参数时梯形直肋的周期性传热 286

5．3．2变热特性参数时梯形直肋的周期性传热 295

5．3．3定热特性参数时梯形环肋的周期性传热 299

5．3．4变热特性参数时梯形环肋的周期性传热 305

5-4辐射对肋片非稳态传热的影响 308

5．4．1板式肋管在辐射一导热下的瞬态传热 308

5．4．2梯形环肋在辐射一对流下的瞬态传热 310

5．4．3辐射对矩形直肋周期性传热的影响 315

5-5二维非稳态传热分析 316

5．5．1柱形钉肋 316

5．5．2复合直肋的瞬态传热 320

5．5．3二维矩形直肋的周期性传热 325

参考文献 326

第六章 肋管传热研究 327

6-1管内流动和传热的基本理论 327

6-2内肋管的层流传热 329

6．2．1具有均匀表面壁温的内肋管层流传热 329

6．2．2竖管内肋管中纯浮升力引起流动的传热 335

6．2．3交叉流型双管通道中内肋管的传热 340

6．2．4间断直肋内肋管的传热 343

6．2．5环肋内肋管的层流传热 350

6-3内肋管的紊流传热 353

6．3．1内肋管的紊流传热 353

6．3．2内肋环管的紊流传热 356

6-4内肋管入口区的传热 358

6．4．1内肋管入口区的传热 358

6．4．2内肋环管入口区的传热 365

6．4．3流动充分发展而热正在发展的内肋管的传热 370

6-5外肋管的传热特性 374

参考文献 379

第七章 延伸表面传热最优化研究 381

7-1最优化研究概述 381

一、延伸表面传热最优化研究的回顾 381

二、优化研究应考虑的因素 381

三、优化研究的一般程序 382

7-2简单形状肋片的传热优化 382

7．2．1最小重量的矩形直肋 382

7．2．2柱形钉肋的传热优化 383

7．2．3最低成本的直肋 384

7-3直肋的传热优化 385

7．3．1梯形直肋的传热优化 385

7．3．2沸腾液中矩形直肋的传热优化 387

7．3．3最小熵产肋片的优化 389

7．3．4层流中肋管的传热优化 396

7-4环肋的传热优化 399

7．4．1梯形环肋的传热优化 399

7．4．2双曲线形环肋的传热优化 405

7．4．3抛物线形环肋的传热优化 407

7．4．4肋根温度周期性变化时环肋的传热优化 409

7-5纯辐射肋片的传热优化 413

7-6具有内热源时肋片的传热优化 420

7．6．1内热源生成率分布均匀 421

7．6．2肋片内总的内热源生成热为常数 423

7．6．3单位肋高内热源生成率为常数 423

参考文献 425

第八章 延伸表面传热实验研究 427

8-1延伸表面传热实验研究概述 427

8．1．1实验研究概述 427

8．1．2可视化实验方案的选择 428

8-2直肋传热的实验研究 430

8．2．1直肋表面对流换热的实验研究 430

8．2．2等温三角形直肋自然对流换热的实验研究 433

8．2．3护罩对矩形直肋传热影响的实验研究 435

8-3钉肋传热的实验研究 437

8-4套片管束换热的实验研究 447

8-5圆肋管换热的实验研究 454

8．5．1直圆肋管换热的实验研究 455

8．5．2环圆肋管换热的实验研究 457

8．5．3四种空调设备上用的肋片管的实验研究 463

8-6椭圆肋管换热的实验研究 466

8．6．1椭圆管与圆管性能的比较 466

8．6．2椭圆管矩形肋片的换热特性 467

8．6．3椭圆管矩形肋片管的换热特性 467

8．6．4低Re数下肋片管束的换热特性 472

8-7内肋管换热的实验研究 475

8-8肋表面的凝结换热 477

8-9肋表面的沸腾换热 488

参考文献 495

第九章 微结构肋片传热研究 499

前言 499

9-1微结构槽道的传热特性 500

9．1．1微结构槽道传热的实验研究 500

9．1．2微结构槽道传热的数值分析 502

9-2水平三微内肋管的传热 505

9-3竖直三微内肋管的传热 509

参考文献 513

第十章 延伸表面传热通用程序设计 515

10-1延伸表面传热通用微分方程 515

10．1．1稳态传热 515

10．1．2肋根温度周期性变化时的传热 523

10．1．3微分方程的离散化 524

10．1．4肋片传热的优化 526

10-2通用程序的系统设计 530

10．2．1软件分析 532

10．2．2软件总体设计 537

10-3通用程序的具体实现设计 541

10．3．1主控模块的设计 542

10．3．2数值计算辅肋程序的设计 546

10-4延伸表面传热CAD开发研究小结 557

参考文献 558

附录Ⅰ Runge-Kutta法结合Newton-Raphson迭代法求解两点边值问题的通用程序 559

附录Ⅱ 叠加原理和Runge-Kutta法求解定热特性参数条件下直肋周期性传热微分方程波动部分的通用程序 562

附录Ⅲ 应用叠加原理和Runge-Kutta法结合Newton-Raphson迭代法求解变热特性参数条件下直肋周期性传热微分方程摄动展开式中一阶项的通用程序 566

附录Ⅳ 变热特性参数条件下直肋周期性传热微分方程摄动展开式中二阶项稳态分量〔式（5—3—16a）〕的通用程序 573

附录Ⅴ 变热特性参数条件下直肋周期性传热微分方程摄动展开式中二阶项非稳态分量〔式（5—3—16b）和式（5—3—16c〕联立解的通用程序 582