化工传递过程导论

目录 第二版前言 **版前言 主要符号说明 第1章 绪论 1 1.1 化工科学的发展与传递学科的成长 1 1.2 化工过程的平衡与速率 3 1.3 传递过程速率的量化方法 4 拓展文献 8 学习提示 8 思考题 8 习题 9 第2章 流体流动及其微分方程 10 2.1 流体与流动的基本概念 10 2.1.1 连续介质假定 10 2.1.2 流速和流率 11 2.1.3 定态流动与非定态流动 11 2.1.4 外部流动与内部流动 12 2.1.5 黏性流体与理想流体 12 2.1.6 层流和湍流 12 2.1.7 牛顿黏性定律 13 2.1.8 动量传递现象 14 2.1.9 流动阻力与阻力系数 15 2.2 描述流动问题的方法 15 2.2.1 系统和控制体 16 2.2.2 拉格朗日法和欧拉法 16 2.2.3 物理量的时间导数 17 2.3 微分质量衡算与连续性方程 18 2.3.1 连续性方程的推导 18 2.3.2 连续性方程的分析 19 2.3.3 柱坐标系和球坐标系中的连续性方程 20 2.4 流体的受力 21 2.4.1 体积力和表面力 21 2.4.2 表面应力与应变速率的关系 23 2.5 一维流动的薄壳动量衡算 25 2.5.1 薄壳衡算 25 2.5.2 通过圆管的流动 26 2.6 微分运动方程 29 2.6.1 用应力表示的微分运动方程 29 2.6.2 运动方程与机械能方程 31 2.6.3 纳维-斯托克斯方程 32 2.6.4 纳维-斯托克斯方程的求解 34 2.7 量纲分析与放大 36 2.7.1 量纲与单位 37 2.7.2 纳维-斯托克斯方程的量纲分析 38 2.7.3 白金汉方法 41 拓展文献 46 学习提示 46 思考题 47 习题 47 第3章 微分运动方程的若干解析 50 3.1 一维定态流动 50 3.1.1 平壁间定态层流 50 3.1.2 平壁面上降膜流动 52 3.1.3 套管环隙间的轴向定态层流 53 3.1.4 套管环隙间的周向层流 56 3.2 非定态流动问题简介 58 3.3 流函数和势函数 61 3.3.1 平面流、轴对称流动和流函数 61 3.3.2 流线和迹线 62 3.3.3 理想流体和欧拉方程 63 3.3.4 势流和势函数 63 3.4 二维绕流 64 3.4.1 绕无限长圆柱体的势流 64 3.4.2 爬流 66 拓展文献 69 学习提示 70 思考题 70 习题 71 第4章 边界层流动与相际动量传递 73 4.1 边界层流动 73 4.1.1 边界层概念 74 4.1.2 平板层流边界层方程 75 4.1.3 平板层流边界层方程的精确解 76 4.1.4 边界层的分离和尾流 80 4.2 湍流流动 81 4.2.1 湍流与湍流边界层 81 4.2.2 湍流的表征 84 4.2.3 雷诺方程和雷诺应力 85 4.2.4 湍流的半经验模型 86 4.2.5 壁湍流的通用速度分布 88 4.2.6 湍动能及其耗散 90 4.2.7 k-ε模式方程 92 4.3 圆管入口段流动和湍流流动 93 4.3.1 圆管入口段流动 93 4.3.2 圆管湍流的速度分布 94 4.3.3 光滑圆管湍流的范宁摩擦因数 95 4.3.4 粗糙圆管湍流的范宁摩擦因数 96 4.4 卡门动量积分方程 98 4.4.1 平板上边界层的动量衡算 98 4.4.2 平板上层流边界层的近似解 101 4.4.3 平板上湍流边界层的近似解 102 4.5 多相流问题简介 104 拓展文献 106 学习提示 107 思考题 107 习题 108 第5章 热量传递及其微分方程 110 5.1 热量传递方式 111 5.1.1 热传导 111 5.1.2 对流传热 112 5.1.3 热辐射 113 5.1.4 实例说明 116 5.2 能量方程 117 5.2.1 能量方程的推导 117 5.2.2 能量方程的特定形式 119 5.2.3 柱坐标系和球坐标系的能量方程 120 5.2.4 能量方程的定解条件 121 拓展文献 122 学习提示 122 思考题 122 习题 123 第6章 热传导 124 6.1 定态热传导 124 6.1.1 无内热源的一维定态热传导 124 6.1.2 有内热源的一维定态热传导 127 6.1.3 肋的定态热传导 128 6.1.4 多维定态热传导 131 6.2 非定态热传导 134 6.2.1 非定态热传导过程概述 134 6.2.2 忽略内部热阻的非定态导热与集总热容法 137 6.2.3 内部和表面热阻均不可忽略的一维非定态导热 139 6.2.4 多维非定态导热 141 拓展文献 143 学习提示 143 思考题 144 习题 144 第7章 对流传热 147 7.1 对流传热与对流传热系数 147 7.1.1 对流传热的种类与研究方法 147 7.1.2 温度边界层、流体温度分布与对流传热系数 148 7.2 平板壁面对流传热 150 7.2.1 平板壁面上层流传热的精确解 150 7.2.2 平板壁面上层流传热的近似解 153 7.2.3 平板壁面上湍流传热的近似解 155 7.3 圆管内对流传热 156 7.3.1 圆管内对流传热系数 157 7.3.2 圆管入口段的对流传热 158 7.3.3 圆管内强制层流传热的理论分析 159 7.3.4 圆管内强制对流传热的经验关联式 162 7.4 自然对流传热简介 164 拓展文献 165 学习提示 166 思考题 166 习题 167 第8章 质量传递：现象、机理及模型 169 8.1 过程单元中的传质 169 8.2 传质机理 171 8.2.1 扩散传质 171 8.2.2 对流传质 173 8.2.3 传质的工程描述 173 8.3 传质中的基本物理量 175 8.3.1 物质的数量、浓度和组成 175 8.3.2 传质速度 175 8.3.3 传质通量 177 8.4 传质微分方程 179 8.4.1 传质微分方程的建立 179 8.4.2 传质微分方程的应用和求解 181 拓展文献 184 学习提示 185 思考题 185 习题 185 第9章 两组分气体、液体及固体混合物中的扩散传质 187 9.1 两组分气体中的定态扩散传质 187 9.1.1 组分A 经停滞组分B 的定态扩散 187 9.1.2 等分子反方向定态扩散 190 9.1.3 伴有化学反应的定态扩散 192 9.1.4 气体中组分的扩散系数 193 9.2 两组分液体中的定态扩散传质 194 9.2.1 液体中的扩散和扩散系数 194 9.2.2 液体两组分混合物中的定态扩散 197 9.3 两组分固体中的定态扩散传质 198 9.3.1 非结构化扩散模型 199 9.3.2 结构化扩散模型 201 9.4 停滞介质中非定态扩散传质：热质类比法 205 9.4.1 问题的提出 205 9.4.2 热质类比法求解示例 207 拓展文献 208 学习提示 208 思考题 209 习题 210 第10章 多组分传质的Maxwell-Stefan模型和菲克模型 212 10.1 多组分传质的Maxwell-Stefan模型 212 10.1.1 问题的引出 212 10.1.2 MS方程的导出 213 10.1.3 MS方程中的其他驱动力及其一般形式 215 10.1.4 MS方程的附加关系 218 10.1.5 MS方程中的摩擦系数和扩散系数 218 10.1.6 MS方程的差分近似 219 10.1.7 MS方程应用示例：差分近似计算 221 10.2 多组分传质的菲克模型 223 10.2.1 简要回顾两组分混合物中的菲克模型 223 10.2.2 从两组分到多组分：菲克模型的有效扩散系数法 225 10.2.3 从两组分到多组分：一般化菲克模型 227 拓展文献 234 学习提示 235 思考题 235 习题 235 第11章 传质边界层及对流传质理论 237 11.1 浓度边界层和对流传质 237 11.1.1 浓度边界层的概念、定性和定量特征 237 11.1.2 浓度边界层与对流传质系数 239 11.2 定态层流传质的精确解 241 11.2.1 平板壁面上层流传质的精确解 241 11.2.2 圆管内层流传质的精确解 244 11.3 浓度边界层积分传质方程 247 11.3.1 平板壁面上层流传质的近似解 247 11.3.2 平板壁面上湍流传质的近似解 251 11.4 动量传递、热量传递以及质量传递间的类似律 253 11.4.1 扩散传递过程的类比关系 253 11.4.2 对流传递过程的类比关系 254 11.5 相间对流传质：溶质渗透模型和表面更新模型 257 11.5.1 溶质渗透模型 257 11.5.2 表面更新模型 259 拓展文献 260 学习提示 260 思考题 261 习题 261 第12章 传递过程模型化方法 264 12.1 模型化方法简述 264 12.2 模型化方法应用实例 266 12.1.1 物理模型和假设 266 12.2.2 控制方程 267 12.2.3 定解条件 267 12.2.4 模型求解 268 12.2.5 数值模拟结果与讨论 269 12.2.6 小结 272 拓展文献 273 学习提示 273 思考题 273 参考文献 274 附录 275 附录1 非稳态一维导热的工程简易算图 275 附录2 扩散系数 278 附录3 碰撞积分与伦纳德-琼斯势参数数值表 279