01 / 導讀
導讀
引用
Bergman, T. L., Lavine, A. S., Incropera, F. P., & DeWitt, D. P. (2018). Fundamentals of Heat and Mass Transfer (8th ed.). Wiley.
章節概要
全書約990頁，共十四章和七個以字母編號的附錄，其後是換算係數和物理常數。附錄包括熱物理性質、數學關係式、高斯—賽德爾法、對流傳遞方程、紊流邊界層方程以及積分形式的層流邊界層解。出版社介紹說，本書的講解圍繞四個學習目標展開：掌握熱傳的術語和物理原理；識別任何涉及熱傳的過程所含的相關輸運現象；運用計算熱傳速率和溫度所需的輸入；為實際過程建立模型，並就設計或效能得出結論。出版社還強調系統的解題方法、跨工程領域的大量例題，以及對適合用計算軟體求解的習題所作的標註。本版更加強調基本概念以及能源與環境。
第1章：導論
本章把熱傳定義為由空間溫差引起的、處於傳遞過程中的熱能，並介紹三種方式：熱傳導、對流和輻射。它把熱傳與熱力學第一定律以及第二定律和熱機效率聯絡起來，講到單位與量綱，並給出分析問題的方法。最後一節是熱傳的意義，借美國的能源流動以及其中以熱的形式損失的大量能量來說明為什麼要學這門學科。
第2–5章：熱傳導導論；一維穩態熱傳導；二維穩態熱傳導；暫態熱傳導
第2章給出熱傳導速率方程、物質的熱性質，以及帶邊界條件和初始條件的熱擴散方程。第3章討論平壁、複合壁、接觸熱阻、徑向系統、有內熱源的熱傳導和擴充套件表面（鰭片），最後是生物熱方程、熱電發電和奈米尺度熱傳導等應用。第4章包括分離變數法、熱傳導形狀因子和有限差分法。第5章從集總熱容法開始，繼續講帶對流的平壁和徑向系統、半無限固體、週期性加熱和有限差分法。
第6–9章：對流導論；外部流動；內部流動；自然對流
第6章引入速度、熱和濃度邊界層，邊界層方程與相似性，以及動量、熱量和質量傳遞之間的類比。第7、8章把這些應用到繞物體的流動和管內流動，第8章還包括強化熱傳和小通道中的強制對流。第9章轉向浮升力驅動的流動，包括封閉空間以及自然與強制對流並存的情形。第8、9章末尾各有一節對流傳質。
第10–11章：沸騰與凝結；熱交換器
第10章涉及沸騰模態、池沸騰與強制對流沸騰，以及膜狀凝結和珠狀凝結。第11章介紹熱交換器型別、總熱傳係數、對數平均溫差法、效能—NTU法，以及設計與效能計算。
第12–13章：輻射：過程與性質；表面之間的輻射熱交換
第12章涉及黑體輻射、實際表面的發射、吸收、反射與透射、基爾霍夫定律、灰體表面和環境輻射。第13章討論表面之間的輻射熱交換、多種熱傳方式並存的情形，以及含參與介質的輻射。
第14章：擴散傳質
最後一章發展擴散傳質：菲克定律、非靜止介質中的傳質、組分守恆、介面條件、均相化學反應和暫態擴散。
核心概念
第1–5章：熱傳導
- 熱傳方式：熱傳導、對流和輻射，各有其速率方程。
- 熱阻：處理通過複合壁和徑向系統的穩態熱傳導的類電路方法。
- 鰭片：增加熱傳的擴充套件表面。
- 集總熱容法：暫態熱傳導的簡化模型。
第6–11章：對流、相變與熱交換器
- 邊界層：支配對流的速度、熱和濃度薄層。
- 關聯式：外部、內部和自然對流的經驗關係式。
- 沸騰與凝結：伴隨相變的熱傳。
- 熱交換器分析：對數平均溫差法和效能—NTU法。
第12–14章：輻射與傳質
- 黑體輻射與灰體表面：輻射性質模型的基礎。
- 輻射熱交換：表面之間的熱交換。
- 擴散傳質：菲克定律與組分守恆。
評析
優點
- 固定的解題方法。 出版社強調嚴謹、系統的方法，而且第1章本身就有一節專講熱傳問題的分析，因此從一開始就明確教授這一方法。
- 熱傳導、對流、輻射和傳質集於一冊。 熱交換器、沸騰與凝結以及傳質都包括在內，而且從第6章起，傳質就與對流一起介紹。
- 應用面廣。 一維熱傳導一章以生物熱、熱電發電和奈米尺度熱傳導收尾，而意義一節則借能源使用和環境來展現這門學科。
- 對計算的支援。 出版社指出，書中標明瞭適合用計算軟體求解的習題。
侷限
- 篇幅。 約990頁，超出一門課程所能涵蓋的範圍，讀者必須選擇章節。
- 先修要求。 第一章明確建立在先前學過的熱力學基礎上，把它擴充套件到能量傳遞的速率，所以缺少這一背景的讀者開頭會比較吃力。
- 傳質內容分散。 傳質內容出現在第6、8、9章以及第14章，因此只講熱傳的課程需要挑出要略去的小節。
在課程中的定位
在這門熱傳課程中，Bergman等人寫的是內容全面的本科教材。A Heat Transfer Textbook 和Nellis與Klein的 Introduction to Engineering Heat Transfer 是入門性的替代選擇，後者把推導與計算工具結合起來；Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications 和Kreith與Manglik的 Principles of Heat Transfer 是同類的工程教科書，可作為有用的參照。Ghiaasiaan的 Convective Heat and Mass Transfer 是研究生層次的對流論述，延伸了本書第6至9章。
如何使用本書
本書面向學過熱力學、流體力學以及到常微分方程為止的微積分的工程專業學生。
對於第一門課，應仔細閱讀第1章，因為它確立了三種方式、能量平衡和解題方法。第2、3章是熱傳導的核心；若需要暫態問題，則接著讀第5章。第6至9章構成對流的核心，加上講熱交換器的第11章和講輻射的第12、13章，便構成一門標準課程。第4章（含其中的數值方法）、講沸騰與凝結的第10章，以及講傳質的第14章，可按課程需要選讀。解題時要不斷使用附錄，尤其是附錄A的熱物理性質，並且每道例題的求解都遵循第1章的方法。