化工傳遞過程導論（第二版）

目錄
第二版前言
第一版前言
主要符號說明
第1章 緒論 1
1.1 化工科學的發(fā)展與傳遞學科的成長 1
1.2 化工過程的平衡與速率 3
1.3 傳遞過程速率的量化方法 4
拓展文獻 8
學習提示 8
思考題 8
習題 9
第2章 流體流動及其微分方程 10
2.1 流體與流動的基本概念 10
2.1.1 連續(xù)介質假定 10
2.1.2 流速和流率 11
2.1.3 定態(tài)流動與非定態(tài)流動 11
2.1.4 外部流動與內部流動 12
2.1.5 黏性流體與理想流體 12
2.1.6 層流和湍流 12
2.1.7 牛頓黏性定律 13
2.1.8 動量傳遞現(xiàn)象 14
2.1.9 流動阻力與阻力系數(shù) 15
2.2 描述流動問題的方法 15
2.2.1 系統(tǒng)和控制體 16
2.2.2 拉格朗日法和歐拉法 16
2.2.3 物理量的時間導數(shù) 17
2.3 微分質量衡算與連續(xù)性方程 18
2.3.1 連續(xù)性方程的推導 18
2.3.2 連續(xù)性方程的分析 19
2.3.3 柱坐標系和球坐標系中的連續(xù)性方程 20
2.4 流體的受力 21
2.4.1 體積力和表面力 21
2.4.2 表面應力與應變速率的關系 23
2.5 一維流動的薄殼動量衡算 25
2.5.1 薄殼衡算 25
2.5.2 通過圓管的流動 26
2.6 微分運動方程 29
2.6.1 用應力表示的微分運動方程 29
2.6.2 運動方程與機械能方程 31
2.6.3 納維-斯托克斯方程 32
2.6.4 納維-斯托克斯方程的求解 34
2.7 量綱分析與放大 36
2.7.1 量綱與單位 37
2.7.2 納維-斯托克斯方程的量綱分析 38
2.7.3 白金漢方法 41
拓展文獻 46
學習提示 46
思考題 47
習題 47
第3章 微分運動方程的若干解析 50
3.1 一維定態(tài)流動 50
3.1.1 平壁間定態(tài)層流 50
3.1.2 平壁面上降膜流動 52
3.1.3 套管環(huán)隙間的軸向定態(tài)層流 53
3.1.4 套管環(huán)隙間的周向層流 56
3.2 非定態(tài)流動問題簡介 58
3.3 流函數(shù)和勢函數(shù) 61
3.3.1 平面流、軸對稱流動和流函數(shù) 61
3.3.2 流線和跡線 62
3.3.3 理想流體和歐拉方程 63
3.3.4 勢流和勢函數(shù) 63
3.4 二維繞流 64
3.4.1 繞無限長圓柱體的勢流 64
3.4.2 爬流 66
拓展文獻 69
學習提示 70
思考題 70
習題 71
第4章 邊界層流動與相際動量傳遞 73
4.1 邊界層流動 73
4.1.1 邊界層概念 74
4.1.2 平板層流邊界層方程 75
4.1.3 平板層流邊界層方程的精確解 76
4.1.4 邊界層的分離和尾流 80
4.2 湍流流動 81
4.2.1 湍流與湍流邊界層 81
4.2.2 湍流的表征 84
4.2.3 雷諾方程和雷諾應力 85
4.2.4 湍流的半經(jīng)驗模型 86
4.2.5 壁湍流的通用速度分布 88
4.2.6 湍動能及其耗散 90
4.2.7 k-ε模式方程 92
4.3 圓管入口段流動和湍流流動 93
4.3.1 圓管入口段流動 93
4.3.2 圓管湍流的速度分布 94
4.3.3 光滑圓管湍流的范寧摩擦因數(shù) 95
4.3.4 粗糙圓管湍流的范寧摩擦因數(shù) 96
4.4 卡門動量積分方程 98
4.4.1 平板上邊界層的動量衡算 98
4.4.2 平板上層流邊界層的近似解 101
4.4.3 平板上湍流邊界層的近似解 102
4.5 多相流問題簡介 104
拓展文獻 106
學習提示 107
思考題 107
習題 108
第5章 熱量傳遞及其微分方程 110
5.1 熱量傳遞方式 111
5.1.1 熱傳導 111
5.1.2 對流傳熱 112
5.1.3 熱輻射 113
5.1.4 實例說明 116
5.2 能量方程 117
5.2.1 能量方程的推導 117
5.2.2 能量方程的特定形式 119
5.2.3 柱坐標系和球坐標系的能量方程 120
5.2.4 能量方程的定解條件 121
拓展文獻 122
學習提示 122
思考題 122
習題 123
第6章 熱傳導 124
6.1 定態(tài)熱傳導 124
6.1.1 無內熱源的一維定態(tài)熱傳導 124
6.1.2 有內熱源的一維定態(tài)熱傳導 127
6.1.3 肋的定態(tài)熱傳導 128
6.1.4 多維定態(tài)熱傳導 131
6.2 非定態(tài)熱傳導 134
6.2.1 非定態(tài)熱傳導過程概述 134
6.2.2 忽略內部熱阻的非定態(tài)導熱與集總熱容法 137
6.2.3 內部和表面熱阻均不可忽略的一維非定態(tài)導熱 139
6.2.4 多維非定態(tài)導熱 141
拓展文獻 143
學習提示 143
思考題 144
習題 144
第7章 對流傳熱 147
7.1 對流傳熱與對流傳熱系數(shù) 147
7.1.1 對流傳熱的種類與研究方法 147
7.1.2 溫度邊界層、流體溫度分布與對流傳熱系數(shù) 148
7.2 平板壁面對流傳熱 150
7.2.1 平板壁面上層流傳熱的精確解 150
7.2.2 平板壁面上層流傳熱的近似解 153
7.2.3 平板壁面上湍流傳熱的近似解 155
7.3 圓管內對流傳熱 156
7.3.1 圓管內對流傳熱系數(shù) 157
7.3.2 圓管入口段的對流傳熱 158
7.3.3 圓管內強制層流傳熱的理論分析 159
7.3.4 圓管內強制對流傳熱的經(jīng)驗關聯(lián)式 162
7.4 自然對流傳熱簡介 164
拓展文獻 165
學習提示 166
思考題 166
習題 167
第8章 質量傳遞：現(xiàn)象、機理及模型 169
8.1 過程單元中的傳質 169
8.2 傳質機理 171
8.2.1 擴散傳質 171
8.2.2 對流傳質 173
8.2.3 傳質的工程描述 173
8.3 傳質中的基本物理量 175
8.3.1 物質的數(shù)量、濃度和組成 175
8.3.2 傳質速度 175
8.3.3 傳質通量 177
8.4 傳質微分方程 179
8.4.1 傳質微分方程的建立 179
8.4.2 傳質微分方程的應用和求解 181
拓展文獻 184
學習提示 185
思考題 185
習題 185
第9章 兩組分氣體、液體及固體混合物中的擴散傳質 187
9.1 兩組分氣體中的定態(tài)擴散傳質 187
9.1.1 組分A 經(jīng)停滯組分B 的定態(tài)擴散 187
9.1.2 等分子反方向定態(tài)擴散 190
9.1.3 伴有化學反應的定態(tài)擴散 192
9.1.4 氣體中組分的擴散系數(shù) 193
9.2 兩組分液體中的定態(tài)擴散傳質 194
9.2.1 液體中的擴散和擴散系數(shù) 194
9.2.2 液體兩組分混合物中的定態(tài)擴散 197
9.3 兩組分固體中的定態(tài)擴散傳質 198
9.3.1 非結構化擴散模型 199
9.3.2 結構化擴散模型 201
9.4 停滯介質中非定態(tài)擴散傳質：熱質類比法 205
9.4.1 問題的提出 205
9.4.2 熱質類比法求解示例 207
拓展文獻 208
學習提示 208
思考題 209
習題 210
第10章 多組分傳質的Maxwell-Stefan模型和菲克模型 212
10.1 多組分傳質的Maxwell-Stefan模型 212
10.1.1 問題的引出 212
10.1.2 MS方程的導出 213
10.1.3 MS方程中的其他驅動力及其一般形式 215
10.1.4 MS方程的附加關系 218
10.1.5 MS方程中的摩擦系數(shù)和擴散系數(shù) 218
10.1.6 MS方程的差分近似 219
10.1.7 MS方程應用示例：差分近似計算 221
10.2 多組分傳質的菲克模型 223
10.2.1 簡要回顧兩組分混合物中的菲克模型 223
10.2.2 從兩組分到多組分：菲克模型的有效擴散系數(shù)法 225
10.2.3 從兩組分到多組分：一般化菲克模型 227
拓展文獻 234
學習提示 235
思考題 235
習題 235
第11章 傳質邊界層及對流傳質理論 237
11.1 濃度邊界層和對流傳質 237
11.1.1 濃度邊界層的概念、定性和定量特征 237
11.1.2 濃度邊界層與對流傳質系數(shù) 239
11.2 定態(tài)層流傳質的精確解 241
11.2.1 平板壁面上層流傳質的精確解 241
11.2.2 圓管內層流傳質的精確解 244
11.3 濃度邊界層積分傳質方程 247
11.3.1 平板壁面上層流傳質的近似解 247
11.3.2 平板壁面上湍流傳質的近似解 251
11.4 動量傳遞、熱量傳遞以及質量傳遞間的類似律 253
11.4.1 擴散傳遞過程的類比關系 253
11.4.2 對流傳遞過程的類比關系 254
11.5 相間對流傳質：溶質滲透模型和表面更新模型 257
11.5.1 溶質滲透模型 257
11.5.2 表面更新模型 259
拓展文獻 260
學習提示 260
思考題 261
習題 261
第12章 傳遞過程模型化方法 264
12.1 模型化方法簡述 264
12.2 模型化方法應用實例 266
12.1.1 物理模型和假設 266
12.2.2 控制方程 267
12.2.3 定解條件 267
12.2.4 模型求解 268
12.2.5 數(shù)值模擬結果與討論 269
12.2.6 小結 272
拓展文獻 273
學習提示 273
思考題 273
參考文獻 274
附錄 275
附錄1 非穩(wěn)態(tài)一維導熱的工程簡易算圖 275
附錄2 擴散系數(shù) 278
附錄3 碰撞積分與倫納德-瓊斯勢參數(shù)數(shù)值表 279