《实际流体自然对流传热分析和计算》这本新书终于和读者见面了。本书遵循实际流体的变物性特征，应用流体边界层理论对自然对流传热进行研究，旨在实现对流传热理论研究的实际价值。
流体边界层是指在流体对流传热中，贴壁流体的极薄的一层。对于许多对流传热问题，只要搞清这一薄层，实际流体对流传热这一宏观现象便迎刃而解。
流体力学发展到十九世纪末叶，开始沿着两个截然不同的方向推进。一个方向是理论流体动力学，它是从无摩擦、无粘性流体的Euler（欧拉）运动方程而发展起来的，并达到了高度完善的程度。然而，这种所谓经典流体动力学的结果与实验结果却有明显的矛盾。在这种情况下，一些工程师们便在大量的实验数据的基础上，提出和发展了一门高度经验性的流体力学学科-水力学，来解决在工业技术迅速发展中所出现的上述问题。
水力学与理论流体动力学，由于在研究方法上大不相同，而导致它们的研究结果大相径庭。二十世纪初，在理论流体动力学和水力学的基础上，德国哥廷根大学的Ludwig Prandtl（普朗特）教授证明了紧贴物面的流体可以分成两个区域：一是物体附近很薄的一层边界层，又称流动边界层，或附面层，其中粘性摩擦起着主要的作用；二是该层以外的其余区域，这里摩擦可以忽略不计。这就是著名的普朗特流体边界层理论。
流体边界层理论，成功地对粘性流动的重要意义给出了物理上透彻的解释。于是，宏观的对流传热，便被归结为极其微薄的，厚度仅在在1毫米以下的边界层内部的传热。从而，促进了对流传热学异常成功和快速发展。
然而事实证明边界层理论在没有考虑实际流体变物性情况下，其有效性受到限制。尽管迄今的对流传热书上大都不考虑流体物理性质的变化，而实际流体的物理性质却是随温度变化而变化的。
考虑变物性对实际流体自然对流传热的影响，在研究中要面临许多困难。很长时间以来，由于电子计算机能力的限制，做这种费时费力的研究产生困难。于是，考虑流体变物性对对流传热影响，在前人的研究中是很缺乏的，以至于长期以来，流体自然对流传热研究，基本上采用缺乏实际价值的Boussinesq近似。
针对这些问题，20世纪末期，作者在承担国家自然科学基金课题期间，应用边界层理论，开展有相变和无相变的实际流体自然对流传热变物性影响的研究。
1990年，随着作者在清华大学不脱产地攻读工程热物理专业博士学位的研究进入收尾阶段，我在国际重要杂志开始发表对流传热变物性影响的研究论文。由于在气体自然对流传热变物性影响研究的创新贡献，1994年，本书作者获得国家教委科技进步二等奖，并于2000-2018年在国际著名科学出版社SpringerVerlag陆续出版了五本对流传热变物性影响的英文科学著作 [1-5]，介绍在实际流体自然或强迫对流传热，自然或强迫对流膜状流传热和相变传质，混合对流传热，以及纳米流体自然对流传热变物性影响的系统性研究贡献。至今，这一研究方向已越来越多地被国际学术界瞩目、接纳和应用，表明了应用边界层理论和考虑流体变物性耦合影响，是使对流传热研究兼具理论和实际价值的有力武器。
在此基础上，作者完成了《实际流体自然对流传热边界层分析和计算》这本书。主要内容：
（1）介绍实际流体自然对流传热领域中重要的理论基础——自然对流边界层偏微分方程理论优化相似转换方法。该方法与现在仍然流行的，由德国科学家发明的已有80多年历史的Falkner-Skan变换[6]相比较，前者使对流传热变物性耦合影响的研究成为可能，使对流传热研究具有实际意义，而后者的传热研究，由于难以考虑流体变物性问题，很难具备实际意义。
（2）介绍处理流体变物性的一套理论方法，旨在深入探索变物性耦合影响下的实际流体对流和相变膜状流传热传质问题，包括处理气体温度变物性的温度参数法，处理液体温度变物性的温度多项式法，以及处理蒸汽-气体混合物浓度和温度耦合变物性的加权法模型。
(3) 介绍如何应用自然对流边界层最优相似转换方法，以及处理流体变物性的理论数学模型，对自然对流和相变膜状流传热进行系统性深入研究。这些研究受到了国际同行学者越来越多的关注，认同和应用。对此，这里仅举两例和读者分享：
第一例，本书作者用独创的处理蒸汽混合物浓度和温度耦合变物性加权模型，处理气体变物性的温度参数模型，和处理液体变物性的多项式模型，在含有非凝结气体的蒸汽混合物自然对流膜凝结传热传质的研究中，做出了突破性研究进展[7]，否定了美国著名科学家W.J. Minkowycz和 E.M. Sparrow保持了42年之久居于国际领先地位的权威研究结果 [8]， 为该领域的研究确定了正确的方法 [9]。这一研究突破使我于2011年被世界热流体中心载于世界热流体名人录。
第二例，用独创的自然对流边界层理论优化相似转换方法和处理流体变物性的理论数学模型，研究提出了一系列关于流体自然对流和膜状流传热的计算公式。其中，实际气体自然对流传热系数公式，已被国际学者鉴定为计算实际气体自然对流传热最精确的公式 [10, 11]。这一公式的意义是很大的，它在对流传热学研究的历史上首次证明了理论研究可信的实际应用价值，打破了只有以实验为基础的经验和半经验公式才具有实际价值的传统观念。由于这一研究贡献，1999年，我以杰出科学家（eminent scientist）的资格被收录于美国出版的世界名人录。实际上，这些所谓的名人录需要著名科学家提名，经专门委员会批准。
每当本书作者回顾自己的科学历程，总是不由得想起我的恩师，清华大学教授王补宣院士。与此同时，恩师的谆谆教导，一件件温馨的往事涌上心头。实际上，我研究生涯中的每一项进步无不归因于恩师的教诲。如今，恩师已经驾鹤西去，我的失落感无以言表，谨以此书献给恩师王补宣院士。
尚德义
清华大学工程热物理博士
2022年5月20日