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第1篇 动量传输 1

1 流体的性质和流动的基本概念 1

1.1 流体的概念及物理性质 1

1.1.1 什么是流体 1

1.1.2 流体的密度、质量体积 2

1.1.3 流体中的作用力和压强 2

1.1.4 流体的黏度和牛顿豁性定理 4

1.1.5 流体的分类 5

1.2 流体的流动类型 6

1.2.1 稳态流动与非稳态流动 6

1.2.2 层流流动和紊流流动 7

1.2.3 不可压缩和可压缩流动 8

1.2.4 动量传输的研究内容及分类 9

2 流体流动的数学物理方程 10

2.1 流体的连续介质假设 10

2.2 流体流动的描述 11

2.3 流体运动的基本概念 11

2.3.1 迹线 11

2.3.2 流线 12

2.3.3 流管和流束 13

2.3.4 流量和流速 13

2.3.5 流场和流函数 14

2.4 流体静力学方程 14

2.5 描述流体运动的基本方程 15

2.5.1 控制体 16

2.5.2 控制体物理量的数学描述 16

2.6 质量守恒方程—连续性方程 18

2.6.1 直角坐标系的连续性方程 18

2.6.2 一维总流的连续性方程—连续性方程的积分形式 19

2.7 理想流体流动动量守恒方程—欧拉方程 20

2.8 实际流体流动动量守恒方程—纳维—斯托克斯方程 21

2.9 理想流体流动能量守恒方程—伯努利方程 23

2.9.1 欧拉方程在稳定条件下沿流线积分 23

2.9.2 欧拉方程在稳态有势流动情况下的积分 24

2.10 流体流动冲量方程 25

3 流体流量和压强的测量原理 27

3.1 毕托管测压测速原理 27

3.2 孔板流量计测压测速原理 28

3.3 文丘里管流量计测压测速原理 29

4 相似原理和量纲分析 30

4.1 相似的基本概念 30

4.1.1 运动相似 31

4.1.2 动力相似 31

4.2 流体流动过程中相似准数的导出 32

4.2.1 相似准数的导出 32

4.2.2 相似准数的意义与性质 34

4.3 相似三定律 34

4.3.1 相似第一定律 34

4.3.2 相似第二定律 34

4.3.3 相似第三定律 35

4.4 量纲分析 35

4.4.1 量纲 35

4.4.2 量纲表达式 36

4.4.3 量纲和谐原理 36

4.4.4 相似准数的转换 37

4.5※ 模型研究法 39

4.5.1 模型相似条件 39

4.5.2 近似模型法 40

4.5.3 流体流动的稳定性与近似模拟 40

4.5.4 模型设计 40

4.5.5 实验结果处理 41

5 流体流动的机械能衡算与阻力损失 42

5.1 流体流动的机械能衡算 42

5.2 流体流动的能量损失 43

5.2.1 沿程阻力损失 43

5.2.2 局部阻力损失 43

5.2.3 总阻力损失 43

5.3※ 管内流动速度分布与流动阻力 43

5.3.1 层流管内速度的分布 44

5.3.2 湍流管内速度的分布 45

5.3.3 流体流动阻力的计算 46

5.3.4 圆形直管内的流动阻力 46

5.4※ 局部阻力损失计算 47

5.4.1 突然扩张时的局部阻力损失 47

5.4.2 逐渐扩张时的局部阻力损失 49

5.4.3 突然收缩时的局部阻力损失 49

5.4.4 气流改变方向时的局部阻力损失 49

5.5※ 流体绕过单个颗粒的阻力计算 50

5.6※ 特殊阻力引起的阻力损失计算 50

5.6.1 通过蓄热室格子砖时的阻力损失 50

5.6.2 通过管束时的阻力损失 51

5.6.3 通过散料层时的阻力损失 52

5.6.4 通过文氏管时的阻力损失 55

5.6.5 供气管道和排烟烟道内的阻力损失 57

动量传输思考题 61

动量传输习题 61

第2篇 热量传输 66

6 热量传输的基本方式 66

6.1 传热的基本概念 66

6.1.1 温度场 66

6.1.2 等温面与等温线 66

6.1.3 温度梯度 67

6.1.4 热流密度矢量 67

6.2 热量传递的基本方式 67

6.2.1 热传导 68

6.2.2 热对流 69

6.2.3 热辐射 70

6.2.4 综合传热 71

7 导热 74

7.1 导热基本定律 74

7.2 热导率 75

7.2.1 固体的热导率 76

7.2.2 液体的热导率 77

7.2.3 气体的热导率 77

7.3 导热微分方程及其单值性条件 77

7.3.1 导热微分方程式的导出 77

7.3.2 导热微分方程式的单值性条件 80

7.4 稳态导热的分析解法 83

7.4.1 平壁的稳态导热 83

7.4.2 圆筒壁的稳态导热 87

7.4.3 球壁的稳态导热 89

7.5 非稳态导热 90

7.5.1 一维非稳态导热问题的分析解 91

7.5.2 非稳态导热的图算法（诺模图） 95

7.5.3 特殊多维非稳态导热的简易求解方法 98

7.5.4 集总参数法 99

7.6※ 导热问题的数值解法基础 102

7.6.1 有限差分法的基本原理 103

7.6.2 节点温度差分方程组的求解方法 105

8 对流换热 107

8.1 牛顿冷却公式与对流换热系数 107

8.1.1 牛顿冷却公式 107

8.1.2 对流换热的影响因素 107

8.1.3 对流换热的主要研究方法 109

8.2 对流换热的数学描述 110

8.2.1 对流换热微分方程组及其单值性条件 110

8.2.2 边界层理论与对流换热微分方程组的简化 113

8.3 外掠等壁温平板层流换热分析解法 117

8.3.1 外掠平板层流换热分析结果 117

8.3.2 对流换热准数方程 119

8.3.3 动量传递与热量传递的比拟 121

8.4 自然对流换热 123

8.4.1 自然对流换热的数学描述 124

8.4.2 大空间自然对流换热准数方程 128

8.5 强制对流换热 131

9.5.1 管内强迫对流换热 131

8.5.2 外掠壁面强迫对流换热 138

8.6※ 相变换热 143

8.6.1 凝结换热 143

8.6.2 沸腾换热 148

8.6.3 热管的工作原理 151

9 辐射换热 153

9.1 热辐射理论基础 153

9.1.1 辐射换热的基本概念 153

9.1.2 黑体辐射的基本定律 155

9.1.3 实际物体表面的辐射—灰体 157

9.1.4 气体辐射 161

9.2 辐射换热计算 167

9.2.1 角系数 167

9.2.2 黑体表面之间的辐射换热 172

9.2.3 漫灰表面之间的辐射换热 172

9.3 辐射换热的应用 177

9.3.1 遮热板的原理 177

9.3.2 辐射换热系数 180

9.3.3※ 太阳辐射与太阳能利用 181

热量传输思考题 184

热量传输习题 185

第3篇 质量传输 190

10 质量传输基本概念及定律 190

10.1 质量传输基本概念 190

10.1.1 浓度 190

10.1.2 分子传质的速度与通量 190

10.2 菲克定律 191

10.2.1 菲克定律表达式 191

10.2.2 分子扩散系数 191

10.3 对流传质 193

11 传质微分方程 194

11.1 传质微分方程的推导 194

11.2 方程的简化 195

11.3 常见的边界条件 196

11.4 稳态分子传质 196

11.4.1 通过静止气膜的扩散 196

11.4.2 伴随有化学反应的稳态扩散 198

11.5 非稳态分子传质 199

12 对流传质 201

12.1 对流传质的基本概念 201

12.2 动量、热量和质量传输的类比 202

12.2.1 雷诺类比 203

12.2.2 普朗特类比 203

12.2.3 卡门类比 203

12.2.4 奇尔顿-科尔伯思类比 203

12.3 对流传质系数的准数方程 205

12.3.1 平板 205

12.3.2 单个球体 205

12.3.3 管内对流传质 206

质量传输思考题 207

质量传输习题 207

第4篇 窑炉工程基础 209

13 窑炉系统内的气体流动 209

13.1 不可压缩气体的流动 209

13.1.1 气体从窑炉内的流出和吸入 209

13.1.2 分散垂直气流法则 212

13.2 可压缩气体的流动 213

13.2.1 声速和马赫数 213

13.2.2 可压缩气体通过渐缩喷嘴流出 214

13.3 烟囱 221

13.3.1 烟囱的工作原理 221

13.3.2 烟囱的热工计算 222

13.4※ 喷射器 227

13.4.1 喷射器的分类和构造 227

13.4.2 喷射器的工作原理 228

13.4.3 喷射器的参数方程 228

13.4.4 喷射器的效率分析及合理尺寸的确定 230

14 燃料及其燃烧 234

14.1 燃料的分类及性质 234

14.1.1 燃料的分类 234

14.1.2 燃料的组成及表示方法 234

14.2 燃料的热工性质及选用原则 238

14.2.1 发热量（热值） 238

14.2.2 其他热工性质 241

14.2.3 燃料的选用原则 246

14.3 燃烧的基本概念 247

14.3.1 着火温度 247

14.3.2 着火浓度范围 248

14.3.3 火焰的性质及刚度 248

14.3.4 火焰传播速度 249

14.3.5 燃烧的脱火和回火现象 251

14.3.6 燃料燃烧机理 253

14.4 燃烧计算 257

14.4.1 计算的目的与内容 257

14.4.2 空气量、烟气量及烟气组成的计算 257

14.4.3 燃烧温度的计算 268

14.5 燃烧设备及其工作原理 273

14.5.1 气体燃料燃烧设备工作原理 273

14.5.2 液体燃料燃烧设备工作原理 276

14.5.3 固体燃料燃烧设备工作原理 282

15 窑炉系统热交换与余热回收 289

15.1 窑炉系统热交换 289

15.1.1 壁面与流体之间的复合换热 289

15.1.2 流体之间通过器壁的换热 290

15.1.3 窑炉内空间的换热 293

15.2※ 窑炉余热回收器 299

15.2.1 间壁式余热回收器 300

15.2.2 间壁式余热回收器的传热计算 302

15.2.3 传热的强化与削弱 307

15.2.4 蓄热式余热回收器 309

15.2.5 热管式余热回收器 315

窑炉工程基础思考题 320

窑炉工程基础习题 320

附录 322

附录Ⅰ 常见工程流体的黏度 322

附录Ⅱ 常用物质的热导率 324

附录Ⅲ 某些材料的发射率 326

附录Ⅳ 某些体系的扩散系数 327

附录Ⅴ 空间表面间辐射角系数的计算公式 329

附录Ⅵ 常见燃料成分及发热值 333

附录Ⅶ 常见物质的密度及其他物理性质 334

附录Ⅷ 常见术语汉英对照表 338

参考文献 345