傳熱與結(jié)構(gòu)分析有限元法及應用

內(nèi)容概要

學生心理健康教育是學校素質(zhì)教育的重要組成部分，需要能勝任的專業(yè)教師隊伍。但我國學校心理健康教育起步晚，從事心理健康教育的教師專業(yè)化程度較低，不能適應學校心理健康教育的需要，急需提高學校心理健康教育教師勝任能力，而探討學校心理健康教育教師勝任特征則是解決我國學校心理健康教育教師適應學生心理健康教育問題的迫切需要研究的課題。
《傳熱與結(jié)構(gòu)分析有限元法及應用》系2007年度國家哲學社會科學基金項目（教育學）“學校心理健康教育教師勝任特征研究”的結(jié)題成果，采取綜合研究取向，將質(zhì)性研究與量化研究相結(jié)合，遵循“理論-實證-析因-對策”的研究思路，系統(tǒng)探討了中國內(nèi)地學校心理健康教育教師勝任特征的結(jié)構(gòu)、特點、影響效應模型及其培養(yǎng)等基本問題。《傳熱與結(jié)構(gòu)分析有限元法及應用》的研究不僅彌補了國內(nèi)外該領(lǐng)域研究的缺陷，而且豐富了勝任特征的研究領(lǐng)域，更重要的是有助于提高學校心理健康教師的專業(yè)化水平和勝任能力，為學校選拔、培訓、評價心理健康教育教師提供科學依據(jù)。
《傳熱與結(jié)構(gòu)分析有限元法及應用》可供從事學校心理健康教育的教師、研究者、培訓者和管理者閱讀，也可供人力資源研究者、管理者及相關(guān)工作者參考。

作者簡介

無

書籍目錄

總序前言第一章 緒論第一節(jié) 引言第二節(jié) 相關(guān)研究文獻綜述第三節(jié) 研究思路與研究設(shè)計第二章 學校心理健康教育教師勝任特征測量工具編制第一節(jié) 學校心理健康教育教師勝任特征結(jié)構(gòu)分析第二節(jié) 大學及中學心理健康教育教師勝任特征初始問卷的編制第三節(jié) 大中學校心理健康教育教師勝任特征正式問卷的編制第四節(jié) 相關(guān)問卷的修訂第三章 學校心理健康教育教師勝任特征特點第一節(jié) 學校心理健康教育教師勝任特征的發(fā)展特點第二節(jié) 不同勝任特征水平的心理健康教育教師的內(nèi)隱態(tài)度特點第四章 學校心理健康教育教師勝任特征影響效應整合模型第一節(jié) 中學心理健康教育教師勝任特征影響效應整合模型的建構(gòu)第二節(jié) 大學心理健康教育教師勝任特征影響效應整合模型的建構(gòu)第五章 總討論和總結(jié)論第一節(jié) 總討論第二節(jié) 總結(jié)論第六章 提升學校心理健康教育教師勝任力的策略第一節(jié) 加強學校心理健康教育教師隊伍的專業(yè)化建設(shè)第二節(jié) 提升學校心理健康教育教師自身的專業(yè)化水平

章節(jié)摘錄

第1章 三角形單元的平面?zhèn)鳠岱治瞿Ｐ蜔崃渴亲匀唤绾凸こ碳夹g(shù)領(lǐng)域最常見的一種能量形式，對人類生活方式、科技發(fā)展、經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)等具有重要影響。歐洲學者早在19世紀就開始研究熱量產(chǎn)生、傳遞和轉(zhuǎn)換過程，并創(chuàng)建熱力學和傳熱學等學科?，F(xiàn)在，熱力學和傳熱學已經(jīng)在氣象分析、環(huán)境監(jiān)測、航空航天、電力、電子、生物工程、建筑工程、機械制造業(yè)和太陽能產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應用（Eckertetal.，1996）。例如，隨著推重比的提高，航空發(fā)動機渦輪前燃氣溫度已經(jīng)達到或者超過2000K，遠遠超過材料能夠承受的溫度極限。為了提高安全性和可靠性，必須對渦輪葉片等零部件進行有效的冷卻，如氣膜冷卻和內(nèi)部沖擊冷卻。傳熱分析計算技術(shù)是設(shè)計冷卻方案和評估冷卻效果的關(guān)鍵技術(shù)手段。如果預測的葉片溫度超出實際溫度10℃，葉片壽命將會減半，因此準確預測出傳熱系數(shù)和葉片溫度有助于防止熱穿孔和延長葉片壽命（韓介勤等，2005）。有些學者則認為溫度場計算偏差如果達到10～15K，渦輪葉片的估計壽命偏差就達到一半（Rossetteetal.，2009）。另外，各種制冷空調(diào)系統(tǒng)都需要計算溫度場分布和傳熱（散熱）效率；太陽能發(fā)電設(shè)備需要計算和提高吸熱器的輻射熱流密度。納米衛(wèi)星采用包括隔熱層和散熱面等在內(nèi)的被動熱控系統(tǒng)來控制衛(wèi)星艙內(nèi)儀器設(shè)備的溫度變化，保證其工作可靠性（李運澤等，2007）。汽車、火車和地鐵等各種車輛在研制過程中都必須計算熱量的產(chǎn)生和傳遞效果，以及其對系統(tǒng)性能、安全和舒適性的影響。船用大功率柴油機的曲軸制造是支持船舶工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一；工程師在曲軸紅套裝配之前采用數(shù)字化計算技術(shù)可以掌握曲軸形狀變化、熱應力場、應變場和溫度場的變化規(guī)律，指導紅套工藝方案制訂（余云嵐，2008）。在計算機技術(shù)廣泛應用之前，學者們已經(jīng)對熱力學和傳熱學的機理模型進行了深入的研究，但是只能采用傅里葉變換和參數(shù)分離等數(shù)學方法分析簡單的熱力學過程；學者們在很大程度上依賴物理實驗觀察熱量變化和傳遞現(xiàn)象，總結(jié)和驗證傳熱規(guī)律。近30年來，計算機技術(shù)的發(fā)展使得學者和工程師可以采用數(shù)值計算技術(shù)研究分析熱量的產(chǎn)生、傳遞和轉(zhuǎn)換過程。計算機數(shù)值計算技術(shù)和經(jīng)典傳熱理論的結(jié)合產(chǎn)生了一門新的交叉學科――數(shù)值傳熱學（numericalheattransfer，NHT）或者計算傳熱學（computationalheattransfer，CHT）。數(shù)值傳熱學利用偏微分方程的數(shù)值計算技術(shù)（有限差分法、有限體積法、有限元法等）計算傳熱過程的狀態(tài)變化（如溫度場和溫度梯度場的動態(tài)分布），并進一步分析預測傳熱過程對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響。數(shù)值傳熱分析技術(shù)及相應的計算機軟件的發(fā)展，使得設(shè)計工程師可以十分方便地在各類工程技術(shù)領(lǐng)域中應用傳熱分析技術(shù)。目前，科學與工程技術(shù)領(lǐng)域（如裝備研制）廣泛采用數(shù)值傳熱分析軟件進行模擬仿真、分析預測和設(shè)計優(yōu)化，以便提高熱交換效率、冷卻效率、熱防護效率或者降低輻射率等。因此，掌握傳熱機理模型及其數(shù)值計算技術(shù)對于從事各類裝備設(shè)計的工程師是十分重要的。而且，傳熱分析也是復雜裝備多學科設(shè)計優(yōu)化（multidis-ciplinarydesignoptimization，MDO）技術(shù)領(lǐng)域的重要組成學科。傳熱分析技術(shù)是復雜裝備創(chuàng)新設(shè)計和跨越發(fā)展的支撐技術(shù)。1.1 傳熱分析的概念在科學技術(shù)領(lǐng)域，人們普遍采用系統(tǒng)論的方法將研究對象從環(huán)境中分離出來形成“系統(tǒng)”。系統(tǒng)觀念強調(diào)了研究對象與外部環(huán)境之間的分割及聯(lián)系，并且強調(diào)了系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的交互作用。系統(tǒng)與外部環(huán)境的分割或者連接之處稱為系統(tǒng)邊界。通過定義一個系統(tǒng)，研究者可以明確界定研究對象的邊界和內(nèi)涵（王成恩，2000，2011）。在與“熱”相關(guān)的科學技術(shù)領(lǐng)域，學者們將研究對象從環(huán)境中分割開來，并且定義為熱力學系統(tǒng)。熱力學系統(tǒng)是一種“連續(xù)介質(zhì)（continuum）”構(gòu)成的系統(tǒng)，即大量的流體或者固體“質(zhì)點”或者“粒子”占據(jù)連續(xù)空間位置構(gòu)成一個沒有縫隙的幾何“體積”。學者們采用若干參數(shù)描述熱力學系統(tǒng)的“狀態(tài)”，這些參數(shù)稱為熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)或者性質(zhì)。熱力學系統(tǒng)的性質(zhì)不是微觀尺度上單個粒子的狀態(tài)，而是宏觀尺度上全部粒子統(tǒng)計平均規(guī)律。一組確定的狀態(tài)參數(shù)值稱為熱力學系統(tǒng)的一個狀態(tài)，一個熱力學系統(tǒng)可以具備多種狀態(tài)。如果熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化，則稱熱力學系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)或者平衡狀態(tài)，否則稱熱力學系統(tǒng)處于瞬態(tài)或者非平衡狀態(tài)。熱力學系統(tǒng)中常見的狀態(tài)參數(shù)有：溫度、壓力、密度、內(nèi)能、焓等。溫度是描述熱力學系統(tǒng)處于（瞬間）平衡狀態(tài)的一個狀態(tài)參數(shù)，熱量是改變熱力學系統(tǒng)狀態(tài)的一種能量。在工程技術(shù)領(lǐng)域，存在兩門相互關(guān)聯(lián)的研究熱現(xiàn)象的學科：熱力學和傳熱學。這兩門學科分別從不同的角度研究了熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)變化、熱量傳遞和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律。1.1.1 熱力學基本定律熱力學主要研究熱力學系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)時所伴隨的熱量變化或者熱量與其他能量的轉(zhuǎn)換。熱力學系統(tǒng)與外界進行能量交換（傳熱或做功）的根本原因是兩者的熱力學狀態(tài)之間存在差異。例如，熱力發(fā)動機中能量發(fā)生轉(zhuǎn)換是由于熱力發(fā)動機的高溫高壓工質(zhì)與外界環(huán)境的溫度和壓力有很大的差別。熱力學第一定律和第二定律是描述熱力學系統(tǒng)狀態(tài)變化的基本定律，是熱力學理論體系的基礎(chǔ)。熱力學第一定律表述為：“當熱能與其他形式的能量進行轉(zhuǎn)化時，能的總量保持恒定?！睙崃W第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象上的體現(xiàn)，其數(shù)學表達式為ΔE＝δQ-δW式中，δQ表示熱量；δW表示系統(tǒng)做功；ΔE是系統(tǒng)內(nèi)能的變化量。在國際單位制中三者的單位都是焦耳（J）。在熱力學第一定律中，進入熱力學系統(tǒng)的熱量為正，流出系統(tǒng)的熱量為負；熱力學系統(tǒng)對外界做功為正，外界對熱力學系統(tǒng)做功為負；熱力學系統(tǒng)內(nèi)能增加為正，降低為負。熱力學第一定律表示對于任何熱力過程，系統(tǒng)中存儲能量的增加等于進入系統(tǒng)的能量減去離開系統(tǒng)的能量。如果熱力學系統(tǒng)與外部環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有熱量交換，稱為絕熱系統(tǒng)。絕熱系統(tǒng)中熱力學第一定律表現(xiàn)為ΔE＝-δW一般傳熱過程中，熱力學系統(tǒng)與環(huán)境沒有物質(zhì)交換，只有熱量交換。如果熱力學系統(tǒng)與外部環(huán)境既有物質(zhì)交換，也有能量交換，稱為傳質(zhì)傳熱系統(tǒng)。熱力學第一定律表明了熱力學系統(tǒng)中內(nèi)能、熱量和功三個物理量之間的關(guān)系，但是，沒有說明熱量傳遞的方向。德國物理學家Clausius指出熱量不能自發(fā)地從低溫物體流向高溫物體，只能自發(fā)地從高溫物體流向低溫物體。Clausius的結(jié)論指明了自然過程中熱量傳遞的方向，被稱為熱力學第二定律。熱力學第二定律具有多種表述方式。熱力學將傳熱過程分為可逆（reversi-ble）過程和不可逆（irreversible）過程。如果一個熱力學系統(tǒng)從初始狀態(tài)經(jīng)過某一路徑到達一個終止狀態(tài)，并且能夠沿著相同路徑從終止狀態(tài)返回初始狀態(tài)，則該傳熱過程稱為可逆的。如果一個熱力學系統(tǒng)從初始狀態(tài)經(jīng)過某一路徑到達一個終止狀態(tài)，不能沿著相同路徑從終止狀態(tài)返回初始狀態(tài)，則該傳熱過程稱為不可逆的。Clausius引入了熵的概念描述熱力學系統(tǒng)的初始狀態(tài)和終止狀態(tài)之間的差異。熱力學第二定律可以表述為熱力學過程中熵的變化，即S2-S1≥0式中，S1和S2分別表示熱力學系統(tǒng)在初始狀態(tài)和終止狀態(tài)的熵。一個熱力學過程中，如果S1和S2相等，則該過程是可逆的；如果S2大于S1，則該過程是不可逆的。上式說明在可逆過程中孤立熱力學系統(tǒng)的總熵保持不變；在不可逆過程中孤立熱力學系統(tǒng)的總熵是增加的，這個規(guī)律叫做熵增加原理。因此，熱力學第二定律的另一種表述形式是：在自然過程中孤立熱力學系統(tǒng)中總熵不會減小。熱力學第二定律指出在自然界中任何的熱力學過程都不可能自動地復原，要使系統(tǒng)從終態(tài)回到初態(tài)必須借助外界的作用。熱力學第二定律指出了傳熱過程的可能方向和達到平衡的必要條件，以及不可逆性對過程性能的影響。所謂方向性和不可逆性，是指在各種過程中熱力系統(tǒng)總是從不平衡狀態(tài)朝著平衡狀態(tài)的方向進行。當熱力系達到平衡狀態(tài)后，一切變化也就停止了。自然過程是不可逆的，已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的熱力學系統(tǒng)不會重新自發(fā)地變?yōu)椴黄胶鉅顟B(tài)。例如，兩個溫度相等已經(jīng)取得了熱平衡的物體，不會自發(fā)地使得一個物體溫度升高而另一個物體溫度降低。因此，從本質(zhì)上說，熱力學系統(tǒng)趨于平衡就是自然過程的方向。1.1.2 傳熱分析概念當熱力學系統(tǒng)與外部環(huán)境或者系統(tǒng)內(nèi)部存在溫差時，熱力學系統(tǒng)處于熱不平衡狀態(tài)，一定會造成熱量傳遞。雖然，熱力學可以計算出熱力學系統(tǒng)的兩個熱平衡狀態(tài)之間的能量（熱量）差異，卻不能計算分析兩個平衡狀態(tài)之間的變化過程。例如，熱力學不能計算熱力學系統(tǒng)從一個熱力學狀態(tài)達到另一個熱力學狀態(tài)所需的時間，也不能計算出某一個時刻熱力學系統(tǒng)的非平衡狀態(tài)。傳熱學是研究熱量傳遞（過程）規(guī)律的學科，可以計算熱力學系統(tǒng)狀態(tài)變化的歷程。熱量傳遞有導熱、對流和熱輻射三種基本方式。物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的振動和碰撞而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象稱為導熱或熱傳導。例如，物體內(nèi)部存在溫差時，熱量從高溫部分傳遞到低溫部分；兩個直接接觸的物體（固體）間存在溫差時，熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，都是典型的導熱現(xiàn)象。通過流體運動把熱量由某處傳遞到另外一處的現(xiàn)象，稱為對流傳熱。對流傳熱分為自然對流傳熱（natural convection）和強制對流傳熱（forced convection）兩類。在對流傳熱過程中，如果流體運動是由自身熱力學狀態(tài)的不平衡引起的，則稱為自然對流傳熱；如果流體運動是由外力引起的，則稱為強制對流傳熱。工程上常遇到的不是單純對流傳熱方式，而是流體流過另一固體表面時對流傳熱和導熱相互結(jié)合的熱量傳遞過程，稱為對流換熱。物體通過電磁波傳遞能量的方式稱為輻射。物體會因多種原因發(fā)出輻射能，其中因熱的原因發(fā)出熱輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。自然界中各物體都不停地向空間發(fā)出熱輻射能，熱量輻射和吸收是物體間進行熱量傳遞的主要方式之一，即輻射換熱。當物體與周圍的環(huán)境達到熱平衡時，輻射換熱量等于零；但這是動態(tài)平衡，輻射與吸收過程仍不停地進行，只不過二者數(shù)量上相等而已。導熱和對流換熱這兩種熱量傳遞方式必須通過介質(zhì)才能實現(xiàn)，而熱輻射可以在沒有中間介質(zhì)的真空中傳遞熱量。這是熱輻射區(qū)別于導熱和對流換熱的重要特點之一。當兩個物體被真空隔開時，如太陽與地球之間，就不會發(fā)生導熱和對流傳熱現(xiàn)象；但是太陽可以輻射換熱的方式將熱量傳給地球。熱輻射過程中不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)化。熱輻射過程中，能量首先從熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪?，然后在吸收過程中又從電磁波能轉(zhuǎn)換為熱能。這是輻射換熱區(qū)別于導熱和對流傳熱的另一個特點。1.2 熱傳導控制方程物理學將物質(zhì)分為氣體、液體和固體三種形態(tài)，傳熱過程可以發(fā)生在任何形態(tài)的物質(zhì)中。由于許多工程設(shè)計分析問題的核心是金屬或者非金屬固體材料中的熱傳遞現(xiàn)象，故固體材料中的傳熱分析占據(jù)了主導地位。因此，本書主要探討固體中的導熱現(xiàn)象，其他傳熱方式作為邊界條件進行處理；后續(xù)章節(jié)中“固體”和“物體”等在概念上等同于“熱力學系統(tǒng)”。

編輯推薦

王成恩、崔東亮、曲蓉霞、喬赫廷編寫的《傳熱與結(jié)構(gòu)分析有限元法及應用》具體介紹平面和軸對稱結(jié)構(gòu)傳熱和結(jié)構(gòu)分析控制方程，采用迦遼金加權(quán)法、虛功原理和泛函變分方法建立了三節(jié)點三角形、六節(jié)點三角形、四節(jié)點四邊形和八節(jié)點四邊形單元的傳熱和結(jié)構(gòu)分析有限元模型；介紹了有限元模型的數(shù)值計算方法，以及有限元系統(tǒng)開發(fā)與典型問題案例的數(shù)值計算過程。

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    傳熱與結(jié)構(gòu)分析有限元法及應用 PDF格式下載

---