化工傳遞過程導(dǎo)論（第二版）

目錄
第二版前言
第一版前言
主要符號(hào)說明
第1章 緒論 1
1.1 化工科學(xué)的發(fā)展與傳遞學(xué)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(xiàn) 8
學(xué)習(xí)提示 8
思考題 8
習(xí)題 9
第2章 流體流動(dòng)及其微分方程 10
2.1 流體與流動(dòng)的基本概念 10
2.1.1 連續(xù)介質(zhì)假定 10
2.1.2 流速和流率 11
2.1.3 定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng) 11
2.1.4 外部流動(dòng)與內(nèi)部流動(dòng) 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(dòng)量傳遞現(xiàn)象 14
2.1.9 流動(dòng)阻力與阻力系數(shù) 15
2.2 描述流動(dòng)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(shí)間導(dǎo)數(shù) 17
2.3 微分質(zhì)量衡算與連續(xù)性方程 18
2.3.1 連續(xù)性方程的推導(dǎo) 18
2.3.2 連續(xù)性方程的分析 19
2.3.3 柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)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(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系 23
2.5 一維流動(dòng)的薄殼動(dòng)量衡算 25
2.5.1 薄殼衡算 25
2.5.2 通過圓管的流動(dòng) 26
2.6 微分運(yùn)動(dòng)方程 29
2.6.1 用應(yīng)力表示的微分運(yùn)動(dòng)方程 29
2.6.2 運(yùn)動(dòng)方程與機(jī)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(xiàn) 46
學(xué)習(xí)提示 46
思考題 47
習(xí)題 47
第3章 微分運(yùn)動(dòng)方程的若干解析 50
3.1 一維定態(tài)流動(dòng) 50
3.1.1 平壁間定態(tài)層流 50
3.1.2 平壁面上降膜流動(dòng) 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?qū)恿?56
3.2 非定態(tài)流動(dòng)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(dòng)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(xiàn) 69
學(xué)習(xí)提示 70
思考題 70
習(xí)題 71
第4章 邊界層流動(dòng)與相際動(dòng)量傳遞 73
4.1 邊界層流動(dòng) 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(dòng) 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(yīng)力 85
4.2.4 湍流的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?86
4.2.5 壁湍流的通用速度分布 88
4.2.6 湍動(dòng)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(dòng)和湍流流動(dòng) 93
4.3.1 圓管入口段流動(dòng) 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(dòng)量積分方程 98
4.4.1 平板上邊界層的動(dòng)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(xiàn) 106
學(xué)習(xí)提示 107
思考題 107
習(xí)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(dǎo) 111
5.1.2 對流傳熱 112
5.1.3 熱輻射 113
5.1.4 實(shí)例說明 116
5.2 能量方程 117
5.2.1 能量方程的推導(dǎo) 117
5.2.2 能量方程的特定形式 119
5.2.3 柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系的能量方程 120
5.2.4 能量方程的定解條件 121
拓展文獻(xiàn) 122
學(xué)習(xí)提示 122
思考題 122
習(xí)題 123
第6章 熱傳導(dǎo) 124
6.1 定態(tài)熱傳導(dǎo) 124
6.1.1 無內(nèi)熱源的一維定態(tài)熱傳導(dǎo) 124
6.1.2 有內(nèi)熱源的一維定態(tài)熱傳導(dǎo) 127
6.1.3 肋的定態(tài)熱傳導(dǎo) 128
6.1.4 多維定態(tài)熱傳導(dǎo) 131
6.2 非定態(tài)熱傳導(dǎo) 134
6.2.1 非定態(tài)熱傳導(dǎo)過程概述 134
6.2.2 忽略內(nèi)部熱阻的非定態(tài)導(dǎo)熱與集總熱容法 137
6.2.3 內(nèi)部和表面熱阻均不可忽略的一維非定態(tài)導(dǎo)熱 139
6.2.4 多維非定態(tài)導(dǎo)熱 141
拓展文獻(xiàn) 143
學(xué)習(xí)提示 143
思考題 144
習(xí)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(nèi)對流傳熱 156
7.3.1 圓管內(nèi)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(nèi)強(qiáng)制層流傳熱的理論分析 159
7.3.4 圓管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 162
7.4 自然對流傳熱簡介 164
拓展文獻(xiàn) 165
學(xué)習(xí)提示 166
思考題 166
習(xí)題 167
第8章 質(zhì)量傳遞：現(xiàn)象、機(jī)理及模型 169
8.1 過程單元中的傳質(zhì) 169
8.2 傳質(zhì)機(jī)理 171
8.2.1 擴(kuò)散傳質(zhì) 171
8.2.2 對流傳質(zhì) 173
8.2.3 傳質(zhì)的工程描述 173
8.3 傳質(zhì)中的基本物理量 175
8.3.1 物質(zhì)的數(shù)量、濃度和組成 175
8.3.2 傳質(zhì)速度 175
8.3.3 傳質(zhì)通量 177
8.4 傳質(zhì)微分方程 179
8.4.1 傳質(zhì)微分方程的建立 179
8.4.2 傳質(zhì)微分方程的應(yīng)用和求解 181
拓展文獻(xiàn) 184
學(xué)習(xí)提示 185
思考題 185
習(xí)題 185
第9章 兩組分氣體、液體及固體混合物中的擴(kuò)散傳質(zhì) 187
9.1 兩組分氣體中的定態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì) 187
9.1.1 組分A 經(jīng)停滯組分B 的定態(tài)擴(kuò)散 187
9.1.2 等分子反方向定態(tài)擴(kuò)散 190
9.1.3 伴有化學(xué)反應(yīng)的定態(tài)擴(kuò)散 192
9.1.4 氣體中組分的擴(kuò)散系數(shù) 193
9.2 兩組分液體中的定態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì) 194
9.2.1 液體中的擴(kuò)散和擴(kuò)散系數(shù) 194
9.2.2 液體兩組分混合物中的定態(tài)擴(kuò)散 197
9.3 兩組分固體中的定態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì) 198
9.3.1 非結(jié)構(gòu)化擴(kuò)散模型 199
9.3.2 結(jié)構(gòu)化擴(kuò)散模型 201
9.4 停滯介質(zhì)中非定態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)：熱質(zhì)類比法 205
9.4.1 問題的提出 205
9.4.2 熱質(zhì)類比法求解示例 207
拓展文獻(xiàn) 208
學(xué)習(xí)提示 208
思考題 209
習(xí)題 210
第10章 多組分傳質(zhì)的Maxwell-Stefan模型和菲克模型 212
10.1 多組分傳質(zhì)的Maxwell-Stefan模型 212
10.1.1 問題的引出 212
10.1.2 MS方程的導(dǎo)出 213
10.1.3 MS方程中的其他驅(qū)動(dòng)力及其一般形式 215
10.1.4 MS方程的附加關(guān)系 218
10.1.5 MS方程中的摩擦系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù) 218
10.1.6 MS方程的差分近似 219
10.1.7 MS方程應(yīng)用示例：差分近似計(jì)算 221
10.2 多組分傳質(zhì)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(kuò)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(xiàn) 234
學(xué)習(xí)提示 235
思考題 235
習(xí)題 235
第11章 傳質(zhì)邊界層及對流傳質(zhì)理論 237
11.1 濃度邊界層和對流傳質(zhì) 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(zhì)系數(shù) 239
11.2 定態(tài)層流傳質(zhì)的精確解 241
11.2.1 平板壁面上層流傳質(zhì)的精確解 241
11.2.2 圓管內(nèi)層流傳質(zhì)的精確解 244
11.3 濃度邊界層積分傳質(zhì)方程 247
11.3.1 平板壁面上層流傳質(zhì)的近似解 247
11.3.2 平板壁面上湍流傳質(zhì)的近似解 251
11.4 動(dòng)量傳遞、熱量傳遞以及質(zhì)量傳遞間的類似律 253
11.4.1 擴(kuò)散傳遞過程的類比關(guān)系 253
11.4.2 對流傳遞過程的類比關(guān)系 254
11.5 相間對流傳質(zhì)：溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型 257
11.5.1 溶質(zhì)滲透模型 257
11.5.2 表面更新模型 259
拓展文獻(xiàn) 260
學(xué)習(xí)提示 260
思考題 261
習(xí)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(yīng)用實(shí)例 266
12.1.1 物理模型和假設(shè) 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(jié)果與討論 269
12.2.6 小結(jié) 272
拓展文獻(xiàn) 273
學(xué)習(xí)提示 273
思考題 273
參考文獻(xiàn) 274
附錄 275
附錄1 非穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱的工程簡易算圖 275
附錄2 擴(kuò)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