Convective Heat and Mass Transfer（对流传热与传质）

引用

Ghiaasiaan, S. M. (2018). Convective Heat and Mass Transfer (2nd ed.). CRC Press.

章节概要

第二版共652页，含14章和一个附录。各章从基础知识和边界层理论出发，经过层流与湍流强制对流，再到自然对流与混合对流，最后是湍流模型和两个专门话题。质量传递与热量传递并行讲授，而不是单列一部分，这一点受到一位评论者的特别称赞。

第1章：Thermophysical and Transport Fundamentals（热物理与输运基础）

开篇一章在对流各章开始之前介绍热物理与输运方面的基础知识。

第2章：Boundary Layers（边界层）

介绍边界层，后续各章的层流与湍流内容以此为对象。

第3章：External Laminar Flow: Similarity Solutions for Forced Laminar Boundary Layers（外部层流：强制层流边界层的相似解）

推导外部表面上强制层流边界层的相似解。

第4章：Internal Laminar Flow（内部层流）

讨论管道内的层流。

第5章：Integral Methods（积分方法）

介绍求解对流问题的积分方法。

第6章：Fundamentals of Turbulence and External Turbulent Flow（湍流基础与外部湍流）

介绍湍流的基本特征，并应用于外部湍流。

第7章：Internal Turbulent Flow（内部湍流）

与第4章对应的湍流部分：管道内的湍流。

第8章：Effect of Transpiration on Friction, Heat and Mass Transfer（蒸腾对摩擦、热量与质量传递的影响）

考察表面蒸腾如何改变摩擦以及热量和质量传递。

第9章：Analogy among Momentum, Heat, and Mass Transfer Processes（动量、热量与质量传递过程之间的类比）

阐述动量、热量和质量传递过程之间的类比。

第10章：Natural Convection（自然对流）

从强制对流转向由浮力驱动的流动。

第11章：Mixed Convection（混合对流）

处理强制对流与自然对流同时起作用的情形。

第12章：Turbulence Transport Models（湍流输运模型）

讲授湍流输运模型。

第13章：Flow and Heat Transfer in Miniature Channels（微小通道中的流动与传热）

讨论微小通道中的流动与传热，这是出版社和评论者都提到的较新话题之一。

第14章：Diffusion and Convective Transport of Particles（颗粒的扩散与对流输运）

第二版新增的一章，讲颗粒的扩散与对流输运。一位评论者称其为本书独有的补充。

核心概念

第1–5章：基础与层流对流

• 边界层：在壁面附近分析流动、传热与传质的区域，在第2章引入。
• 相似解：用于外部表面上强制层流边界层的方法（第3章）。
• 积分方法：第5章处理对流问题的途径。

第6–9章：湍流与类比

• 内部与外部湍流：与层流处理相对应的湍流部分。
• 蒸腾：表面传质及其对摩擦、传热和传质的影响。
• 动量-热量-质量类比：三种输运过程之间的关系（第9章）。

第10–14章：浮力、模型与专门话题

• 自然对流与混合对流：由浮力驱动的流动及其与强制流动的组合。
• 湍流输运模型：用于预测湍流输运的模型。
• 微小通道与颗粒输运：出版社和评论者称为较新的话题。

评析

优点

• 热质传递并重。 出版社引用的Hooman Tafreshi（弗吉尼亚联邦大学）的评语特别指出，本书每一章都强调把质量传递和热量传递一起讲授。
• 较新的话题。 同样由出版社引用的Nevzat Onur（土耳其Cankaya大学）指出，本书涵盖微通道流动和纳米流体等较新的主题；出版社则提到纳米尺度传热和CFD。
• 适用于多个专业。 出版社称本书适合机械工程和化学工程课程，Tafreshi的评语列举了机械、化工、核工程和生物医学工程。
• 简明而深入。 Tafreshi认为本书对热量、质量和动量传递的基础作了深入而简明的分析。

局限

• 研究生程度。 出版社称本书非常适合研究生阶段的学习，因此它不是传热学的入门课程，读者需要先有本科阶段的传热学基础。
• 只讲对流。 目录集中于对流和输运类比，没有专门讲导热、辐射或换热器的章节。
• 黑白插图。 出版社列出该652页的书中有189幅黑白插图。

在课程中的定位

在本课程书单中，Ghiaasiaan是专门讲对流的专业教材。Lienhard的 A Heat Transfer Textbook、Bergman等人的 Fundamentals of Heat and Mass Transfer、Çengel和Ghajar的 Heat and Mass Transfer、Nellis和Klein的 Introduction to Engineering Heat Transfer 以及Kreith和Manglik的 Principles of Heat Transfer 都是综合性传热学教材，在讲对流的同时涵盖其他传热方式。应当从其中任何一本读起；当这些书中的对流章节不再够用时，再读Ghiaasiaan。

在这一组书中，Bergman等人说明读者应已学过热力学、流体力学和微积分，Nellis和Klein则把推导与计算工具结合起来；两者都是为Ghiaasiaan在边界层、湍流和类比各章中更深入的内容作准备的合理选择。

如何使用本书

本书面向研究生以及机械、化工等领域的在职工程师。本科阶段的传热学课程和一些流体力学知识是合适的起点。

实用的阅读安排：

• 核心： 第1–4章和第9章，用于建立层流边界层图景和输运类比，然后读第6–7章了解湍流。
• 方法： 第5章讲积分方法，可在读完第3、4章之后阅读。
• 应用与扩展： 第10–11章讲浮力驱动的问题，第12章讲湍流模型，第13–14章讲微尺度和颗粒输运。

各章的内容由一般基础逐步过渡到专门话题，因此有特定兴趣的读者可以先读基础部分，再直接转到相关的后续章节：自然对流、湍流模型、微尺度流动或颗粒输运。来自化工专业的读者可以先读类比一章，因为它把传热结果与传质结果联系了起来。

阅读各章时，把热量传递和质量传递的结果对照着看，因为类比一章以两者为基础。