武器传热学 本书特色
“武器传热学”是武器系统工程相关领域专业本科生的一门专业课。本教材分为两大部分：一部分介绍传热学的基本概念、理论和方法：主要内容包括热传导、热对流与对流传热、热传导问题的数值计算方法与热辐射；另一部分介绍传热学理论在武器系统工程中的应用，主要内容包括箭炮发射药传热特性、发射药点火理论及数值模拟与火炮身管受热分析。
本书可作为武器系统与工程和武器发射工程专业武器传热学课程的教材，也可作为相关工程技术人员的参考书。
武器传热学 内容简介
本教材分为两大部分, 一部分介绍传热学的基本概念、理论和求解方法: 主要包括热传导 (稳态与非稳态) 、热对流 (对流换热理论与对流经验公式) 、热辐射 (辐射理论及辐射换热理论) 与导热的数值计算方法等基础理论知识。另一部分介绍传热学理论在武器系统中的相关应用, 主要包括: 发射药传热特性、发射药点火理论与身管温度场分布特性等内容。
武器传热学 目录
绪 论 1
第1章 热量传递的基本理论 4
1.1 热量传递的三种基本方式 4
1.1.1 热传导 4
1.1.2 热对流 5
1.1.3 热辐射 6
1.2 传热过程与热阻 7
1.2.1 传热过程 7
1.2.2 传热热阻 8
1.3 传热学的研究方法 9
1.3.1 传热问题的研究方法 9
1.3.2 传热问题的解题步骤 10
1.4 传热学发展简史 10
习 题 13
第2章 热传导 14
2.1 温度场及描述方法 14
2.1.1 温度场 14
2.1.2 温度梯度 15
2.2 导热基本定律 15
2.2.1 导热基本定律 15
2.2.2 导热系数与导热机理 16
2.3 导热微分方程及定解条件 19
2.3.1 导热微分方程 19
2.3.2 定解条件 21
2.3.3 热扩散率的物理意义 22
2.3.4 傅里叶定律及导热微分方程的适用范围 23
2.4 一维稳态导热 23
2.4.1 通过平壁的稳态导热 23
2.4.2 通过长圆筒壁的导热 27
2.4.3 球壳稳态导热 28
2.4.4 带第二类、第三类边界条件的一维稳态导热 29
2.4.5 变截面或变导热系数的一维问题 30
2.4.6 具有内热源的导热 30
2.5 非稳态导热 33
2.5.1 非稳态导热过程 33
2.5.2 第三类边界条件下毕渥数对平板中温度分布的影响 34
2.6 集总参数分析法 35
2.6.1 集总参数法温度场的分析解 35
2.6.2 导热量的计算式、时间常数与傅里叶数 37
2.6.3 集总参数法的适用范围及应用举例 38
2.7 半无限大物体的非稳态导热 40
2.7.1 三种边界条件下半无限大物体温度场的分析解 40
2.7.2 导热量计算式 41
2.7.3 分析解的讨论 41
习 题 43
第3章 热对流与对流传热 44
3.1 对流传热的概述 44
3.1.1 对流传热的影响因素 44
3.1.2 对流传热的研究方法 45
3.1.3 表面传热系数的计算方法 46
3.2 对流传热的数学描述 46
3.2.1 运动流体能量方程的推导 47
3.2.2 对流传热问题完整的数学描述 48
3.3 边界层对流传热问题的数学描述 49
3.3.1 流动边界层及边界层动量方程 49
3.3.2 热边界层及热边界层能量方程 51
3.3.3 二维、稳态边界层型对流传热问题的数学描述 52
3.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论 53
3.4.1 流体外掠等温平板传热的层流分析解 53
3.4.2 特征数方程 54
3.4.3 普朗特数的物理意义 55
3.4.4 比拟理论的基本思想 55
3.4.5 比拟理论的应用 57
3.5 相似原理与量纲分析 59
3.5.1 物理现象相似的定义 59
3.5.2 相似原理的基本内容 60
3.5.3 导出相似特征数的两种方法 61
3.6 相似原理的应用 64
3.6.1 应用相似原理指导实验的安排及实验数据的整理 64
3.6.2 应用相似原理指导模化实验 66
3.6.3 运用特征数方程的注意事项 66
3.6.4 对实验关联式准确性的正确认识 67
3.7 内部强制对流传热的实验关联式 68
3.7.1 管槽内强制对流流动与换热的一些特点 69
3.7.2 管槽内湍流强制对流传热关联式 71
3.8 大空间自然对流传热的实验关联式 73
习 题 74
第4章 热传导问题的数值解法 77
4.1 导热问题数值求解的基本思想 77
4.1.1 基本思想 77
4.1.2 导热问题数值求解的基本步骤 77
4.2 内节点离散方程的建立方法 79
4.2.1 泰勒级数展开法 79
4.2.2 热平衡法 80
4.3 边界节点离散方程的建立及代数方程的求解 81
4.3.1 边界节点离散方程的建立 81
4.3.2 边界热流密度 82
4.3.3 处理不规则区域的阶梯形逼近法 83
4.3.4 求解代数方程的迭代法 84
4.4 非稳态导热问题的数值解法 87
4.4.1 时间 空间区域的离散化 87
4.4.2 一维平板非稳态导热的显示格式 88
4.4.3 非稳态导热方程的隐式格式 89
4.4.4 边界节点的离散方程 89
4.4.5 一维平板非稳态导热显式格式离散方程组及稳定性分析 90
习 题 91
第5章 热辐射 94
5.1 热辐射的基本概念 94
5.2 黑体辐射基本定律 96
5.2.1 斯忒藩 玻耳兹曼定律 96
5.2.2 光谱辐射定律 97
5.2.3 兰贝特定律 100
5.3 固体和液体的辐射特性 102
5.3.1 实际物体的辐射力 102
5.3.2 实际物体的光谱辐射力 102
5.3.3 实际物体的定向辐射强度 103
5.4 实际物体对辐射能的吸收与辐射特性 107
5.4.1 实际物体的吸收比 107
5.4.2 灰体的运用及其工程运用 109
5.4.3 吸收比与发射率的关系———基尔霍夫定律 109
5.5 辐射传热的角系数 111
5.5.1 角系数的定义及计算假定 112
5.5.2 角系数的性质 112
5.5.3 角系数的计算方法 114
5.6 两表面封闭系统的辐射传热 117
5.6.1 封闭腔模型及两黑体表面组成的封闭腔 117
5.6.2 有效辐射 118
5.6.3 两个漫灰体表面组成的封闭腔的辐射传热 119
习 题 121
第6章 箭炮发射药传热特性 124
6.1 概 述 124
6.2 传统药温确定方法 126
6.3 火炮发射装药物理模型与重要参数 127
6.3.1 火炮发射装药物理模型 127
6.3.2 火炮发射装药重要参数 127
6.4 箭炮发射装药热物性参数 128
6.5 火箭发动机传热特性 130
6.5.1 物理模型 130
6.5.2 数学模型 130
6.5.3 计算结果与实测值的比较 132
第7章 发射药点火理论及数值模拟 135
7.1 点火过程及影响因素 135
7.1.1 点火过程 135
7.1.2 点火系统要求 135
7.1.3 影响点火过程的因素 136
7.2 点火判据 136
7.2.1 点火延迟时间 136
7.2.2 点火判据分类 136
7.2.3 点火判据选择 137
7.3 点火理论模型 137
7.3.1 固相点火理论 137
7.3.2 气相点火理论 138
7.3.3 异相点火理论 139
7.3.4 点火模型对比 139
7.3.5 发射药点火数值模拟 140
7.4 底排药剂两相点火数值模拟 140
7.4.1 概 述 140
7.4.2 物理模型 142
7.4.3 数学模型 142
7.5 激光点火理论与数值模拟 146
7.5.1 激光点火装置与点火系统 146
7.5.2 激光固相点火模型 148
第8章 火炮身管受热分析 150
8.1 火炮发射过程的特征 150
8.2 发射过程中的核心流模型 151
8.2.1 基本假设 151
8.2.2 基本数学模型 151
8.2.3 控制方程组进行离散化 153
8.2.4 边界层模型 153
8.2.5 身管热传导模型 155
8.2.6 身管固壁传热的数值分析 156
附 录 162
附录1 常用单位换算表 162
附录2 金属材料的密度、比热容和导热系数 163
附录3 保温、建筑及其他材料的密度和导热系数 166
附录4 几种保温、耐火材料的导热系数与温度的关系 167
附录5 大气压力(P =1.013 25×105 Pa)下干空气的热物理性质 168
附录6 大气压力(P =1.0132 5×105 Pa)下标准烟气的热物理性质 169
附录7 大气压力(P =1.013 25×105 Pa)下过热水蒸气的热物理性质 170
附录8 大气压力(P =1.013 25×105 Pa)下二氧化碳、氢气、氧气的热物理性质 170
附录9 饱和水的热物理性质 172
附录10 干饱和水蒸气的热物理性质 174
参考文献 176
