传递过程与分离过程原理 包括单元操作 上PDF电子书下载

第1章 工程原理和单位导论 3

1.1 传递过程和分离过程（单元操作）的分类 3

1.1.1 概述 3

1.1.2 基本的传递过程 3

1.1.3 分离过程的分类 3

1.1.4 上篇和下篇的编排 4

1.2 本书中使用的SI基本单位制和其他单位制 4

1.2.1 SI单位制 5

1.2.2 厘米-克-秒单位制 5

1.2.3 英尺-磅-秒单位制 6

1.2.4 量纲均一方程和一致单位 6

1.3 温度和组成的表示方法 6

1.3.1 温度 6

1.3.2 摩尔单位，重量和质量单位 7

1.3.3 液体的浓度单位 8

1.4 气体定律和蒸气压 8

1.4.1 压力 8

1.4.2 理想气体定律 8

1.4.3 理想气体混合物 9

1.4.4 液体的蒸气压和沸点 10

1.5 质量守恒和物料衡算 10

1.5.1 质量守恒 10

1.5.2 简单物料衡算 11

1.5.3 物料衡算和循环 12

1.5.4 物料衡算和化学反应 13

1.6 能量和热量单位 14

1.6.1 焦耳、卡和Btu（英热单位） 14

1.6.2 比热容 15

1.6.3 潜热和蒸气表 17

1.6.4 反应热 18

1.7 能量守恒和热量衡算 19

1.7.1 能量守恒 19

1.7.2 热量衡算 19

1.8 积分的数值方法 23

1.8.1 数值积分法概述 23

1.8.2 数值积分和辛普森法 23

习题 24

参考文献 28

第2章 动量传递原理和总衡算 29

2.1 概述 29

2.2 流体静力学 29

2.2.1 力、单位和量纲 29

2.2.2 流体中的压力 31

2.2.3 流体的压头 32

2.2.4 测定压力和压差的装置 33

2.3 动量、热量和质量传递的分子传递通式 36

2.3.1 分子传递通用方程和通用性质衡算式 36

2.3.2 分子传递概述 39

2.4 流体的黏度 40

2.4.1 牛顿定律和黏度 40

2.4.2 流体中的动量传递 42

2.4.3 牛顿流体的黏度 42

2.5 流体流动的类型及雷诺数 43

2.5.1 流体流动类型概述 43

2.5.2 层流和湍流 43

2.5.3 雷诺数 45

2.6 总质量衡算和连续方程 46

2.6.1 概述和简单的质量衡算 46

2.6.2 衡算的控制体积 47

2.6.3 总质量衡算方程 48

2.6.4 用于总质量衡算的平均速度 51

2.7 总能量衡算 52

2.7.1 概述 52

2.7.2 总能量衡算方程的推导 52

2.7.3 定态流动系统的总能量衡算 53

2.7.4 动能速率校正因子α 54

2.7.5 总能量衡算方程的应用 55

2.7.6 总机械能衡算 58

2.7.7 机械能衡算的伯努利方程 61

2.8 总动量衡算 63

2.8.1 通用方程的推导 63

2.8.2 一维流动系统的总动量衡算 65

2.8.3 二维总动量衡算 67

2.8.4 自由射流撞击固定翼的总动量衡算 69

2.9 层流薄层的动量衡算和速度分布 70

2.9.1 概述 70

2.9.2 管内薄层的动量衡算 70

2.9.3 降膜薄层的动量衡算 73

2.10 管内层流和湍流的设计方程 75

2.10.1 管内的速度分布 75

2.10.2 层流中的压降和摩擦损失 76

2.10.3 湍流的压降和摩擦因子 79

2.10.4 气体流动的压降和摩擦因子 82

2.10.5 热量传递对摩擦因子的影响 83

2.10.6 膨胀、收缩和管路配件中的摩擦损失 83

2.10.7 非圆形管道的摩擦损失 89

2.10.8 管子的进口段 90

2.10.9 管子尺寸的选择 91

2.11 气体的可压缩流动 91

2.11.1 概述和管内流动基本方程 91

2.11.2 等温可压缩流动 92

2.11.3 绝热可压缩流动 93

习题 94

参考文献 101

第3章 动量传递原理及应用 102

3.1 通过浸没物体、填充床、流化床的流动 102

3.1.1 通过浸没物体流动的曳力系数定义 102

3.1.2 绕过圆球、长圆柱和圆盘的流体流动 104

3.1.3 填充床中的流动 105

3.1.4 流化床内的流动 110

3.2 流体流动的测定 115

3.2.1 毕托管 115

3.2.2 文丘里管流量计 117

3.2.3 孔板流量计 118

3.2.4 测流嘴流量计 120

3.2.5 可变截面流量计（转子流量计） 121

3.2.6 其他类型的流量计 121

3.2.7 敞开流道中的流体流动及堰式流量计 122

3.3 泵和气体输送设备 123

3.3.1 概述 123

3.3.2 泵 123

3.3.3 气体输送机械 127

3.3.4 气体压缩方程 129

3.4 流体的搅拌和混合及其动力设备 131

3.4.1 搅拌的目的 131

3.4.2 搅拌设备 131

3.4.3 搅拌中的流型 134

3.4.4 涡流的典型“标准”设计 134

3.4.5 用于搅拌的功率 134

3.4.6 搅拌器的放大 137

3.4.7 互溶液体的混合时间 139

3.4.8 搅拌的流动数群和循环流率 142

3.4.9 特殊搅拌系统 142

3.4.10 粉末、黏性物质和糊状物的混合 143

3.5 非牛顿流体 144

3.5.1 非牛顿流体的类型 144

3.5.2 黏性不随时间变化的流体 145

3.5.3 时变性流体 145

3.5.4 黏弹性流体 146

3.5.5 非时变性非牛顿流体的层流流动 146

3.5.6 层流流动的收缩、膨胀和管件中的摩擦损失 149

3.5.7 湍流和通用摩擦因子 149

3.5.8 非牛顿流体的速度分布 151

3.5.9 用旋转黏度计确定非牛顿流体的流动性质 154

3.5.10 非牛顿流体搅拌和混合中要求的动力 155

3.6 连续性微分方程 156

3.6.1 概述 156

3.6.2 各种类型的时间导数关系及向量符号 157

3.6.3 连续性微分方程 158

3.7 动量传递或运动微分方程 161

3.7.1 动量传递方程的推导 161

3.7.2 密度和黏度变化的牛顿流体的运动方程 163

3.7.3 密度和黏度恒定的牛顿流体的运动方程 164

3.8 连续性和运动微分方程的应用 165

3.8.1 概述 165

3.8.2 平行板间流体流动的连续性和运动微分方程 166

3.8.3 静止和旋转圆筒中流体流动的连续性和运动微分方程 168

3.9 求解运动方程的其他方法 173

3.9.1 概述 173

3.9.2 流线函数 173

3.9.3 理想流体（非黏性流动）的运动微分方程 174

3.9.4 势流和速度势 174

3.9.5 爬流的运动微分方程 178

3.10 边界层流动及湍流 179

3.10.1 边界层流动 179

3.10.2 边界层分离和尾迹的形成 179

3.10.3 层流和边界层理论 180

3.10.4 湍流的特性和强度 182

3.10.5 湍流剪切或雷诺应力 183

3.10.6 Prandtl混合长度 184

3.10.7 湍流中的通用速度分布 185

3.10.8 边界层分析的积分动量衡算 187

3.11 动量传递中的量纲分析 189

3.11.1 微分方程的量纲分析 189

3.11.2 利用Buckingham方法的量纲分析 190

习题 192

参考文献 198

第4章 定态传热的基本原理 201

4.1 传热的概述及机理 201

4.1.1 定态传热的概述 201

4.1.2 传热的基本机理 202

4.1.3 热传导的傅里叶定律 202

4.1.4 导热系数 203

4.1.5 对流传热系数 205

4.2 传导传热 205

4.2.1 通过平板或壁的传导 205

4.2.2 通过中空圆柱的传导 206

4.2.3 通过中空球的传导 208

4.3 通过串联固体壁的传导 208

4.3.1 串联的平壁 208

4.3.2 多层圆筒 210

4.3.3 通过并联材料的传导 211

4.3.4 对流和传导相结合的过程及总系数 212

4.3.5 有内部生成热的传导过程 214

4.3.6 圆柱保温层的临界厚度 216

4.3.7 界面上的接触阻力 217

4.4 定态传导及形状因子 218

4.4.1 二维传导的概述及图解方法 218

4.4.2 传导中的形状因子 219

4.5 管内的强制对流传热 220

4.5.1 概述及无量纲特征数 220

4.5.2 管内层流的传热系数 221

4.5.3 管内湍流的传热系数 222

4.5.4 管内过渡流的传热系数 224

4.5.5 非圆管的传热系数 224

4.5.6 进口区对传热系数的影响 226

4.5.7 液体金属传热系数 226

4.5.8 对数平均温差及变化的温降 227

4.6 强制对流中各种几何体外部的传热 231

4.6.1 概述 231

4.6.2 平行于平板的流动 231

4.6.3 轴线垂直于流体流动方向的圆筒 232

4.6.4 绕过单个球的流动 233

4.6.5 绕过列管或圆柱的流动 233

4.6.6 填充床中流动流体的热量传递 236

4.7 自然对流传热 236

4.7.1 概述 236

4.7.2 由各种几何体的自然对流 237

4.8 沸腾和冷凝 242

4.8.1 沸腾 242

4.8.2 冷凝 245

4.9 换热器 249

4.9.1 换热器的类型 249

4.9.2 对数平均温差关联因子 250

4.9.3 换热器效率 253

4.9.4 污垢因子及典型的总U值 256

4.10 辐射传热概述 257

4.10.1 辐射概述及基本方程 257

4.10.2 从周围环境到小物体上的辐射 259

4.10.3 辐射和对流结合的热量传递过程 260

4.10.4 辐射对气体温度测定的影响 262

4.11 近代辐射传热原理 263

4.11.1 概述及辐射频谱 263

4.11.2 各种几何体辐射角系数的推导 265

4.11.3 表面与再反射壁连接时的角系数 272

4.11.4 角系数和灰体 272

4.11.5 吸收气体中的辐射 274

4.12 非牛顿流体的热量传递 277

4.12.1 概述 277

4.12.2 管内的传热 277

4.12.3 自然对流 279

4.13 特殊的传热系数 279

4.13.1 搅拌槽中的传热 279

4.13.2 刮擦表面换热器 282

4.13.3 扩展表面或翅片换热器 283

4.14 传热过程的量纲分析 287

4.14.1 概述 287

4.14.2 Buckingham法 287

4.15 两维定态热传导的数值方法 289

4.15.1 热传导的解析方程 289

4.15.2 有限差分数值方法 290

习题 295

参考文献 303

第5章 非定态传热过程原理 305

5.1 基本方程的推导 305

5.1.1 概述 305

5.1.2 非定态热传导方程 305

5.2 内部传热阻力可忽略的系统 306

5.2.1 基本方程 306

5.2.2 用于不同几何结构的传热方程 307

5.2.3 总传热量 308

5.3 各种几何形状物体中的非定态热传导 309

5.3.1 概述与分析方法 309

5.3.2 半无限固体中的非定态热传导过程 310

5.3.3 大平板中的非定态热传导过程 312

5.3.4 长圆柱体中的非定态热传导过程 316

5.3.5 球体中的非定态热传导过程 319

5.3.6 二维和三维系统中的非定态传热过程 319

5.3.7 表面阻力可忽略时平板、圆柱和球体中的平均温度算图 323

5.4 数值有限差分法求解非定态热传导问题 324

5.4.1 平板中的非定态热传导 324

5.4.2 适用于平板数值解的边界条件 326

5.4.3 其他用于非定态热传导计算的数值方法 332

5.5 食品和生物物质的冷却与冷冻 333

5.5.1 概述 333

5.5.2 食品和生物制品的冷却 334

5.5.3 食品和生物制品的冷冻 336

5.6 能量变化方程的推导 338

5.6.1 概述 338

5.6.2 能量变化微分方程的推导 338

5.6.3 能量变化方程的几种特殊形式 340

5.6.4 能量变化方程的应用 341

5.7 传热过程中的边界层理论及湍流流动 343

5.7.1 传热过程中的层流和边界层理论 343

5.7.2 传热边界层的近似积分解析法 345

5.7.3 Prandtl混合长度与涡流热扩散系数 346

习题 347

参考文献 351

第6章 传质过程原理 352

6.1 质量传递与扩散过程导论 352

6.1.1 质量传递、热量传递和动量传递过程的相似性 352

6.1.2 传质过程实例 353

6.1.3 分子扩散的费克定律 354

6.1.4 对流传质系数 355

6.2 气体中的分子扩散过程 356

6.2.1 气体中的等分子反向扩散过程 356

6.2.2 气体A和B的分子扩散与对流传质叠加时的一般情况 357

6.2.3 A在惰性组分B中的扩散过程 358

6.2.4 横截面积发生变化时的扩散过程 361

6.2.5 气体的扩散系数 363

6.3 液体中的分子扩散过程 368

6.3.1 引言 368

6.3.2 液体中的分子扩散方程 368

6.3.3 液体的扩散系数 370

6.3.4 液体中扩散系数的推算 371

6.3.5 电解质在液体中扩散系数的推算 373

6.4 生物溶液和凝胶中的分子扩散过程 375

6.4.1 生物质在液体中的扩散 375

6.4.2 生物凝胶中的扩散过程 378

6.5 固体中的分子扩散过程 379

6.5.1 固体中分子扩散的类型 379

6.5.2 固体中服从费克定律的扩散过程 379

6.5.3 与结构有关的多孔性固体中的扩散过程 383

6.6 二维定态分子扩散的数值计算法 384

6.6.1 数值计算方程的推导 384

6.6.2 特殊的边界条件方程 385

习题 389

参考文献 393

第7章 非定态对流传质原理 396

7.1 非定态扩散过程 396

7.1.1 基本方程的推导 396

7.1.2 表面阻力可忽略时平板中的扩散过程 397

7.1.3 各种几何构型体系中的非定态扩散过程 398

7.2 对流传质系数 401

7.2.1 对流传质过程概述 401

7.2.2 各种传质系数 402

7.2.3 有效膜理论在对流传质过程中的应用 406

7.2.4 传质速率很高时的传质系数 406

7.2.5 实验法测定传质系数 408

7.3 各种几何结构中的传质系数 408

7.3.1 用于关联数据的无量纲准数 408

7.3.2 传质、传热和动量传递过程的类比 409

7.3.3 层流流动中传质系数的推导 411

7.3.4 管内流动时的传质过程 413

7.3.5 流体流过固体外表面时的传质过程 414

7.4 微粒悬浮体系的传质过程 420

7.4.1 概述 420

7.4.2 流体对小颗粒的传质速率方程 421

7.5 分子扩散与对流传质和化学反应同时发生的情况 423

7.5.1 各种传质速率与费克定律 423

7.5.2 二元系统的连续性方程 424

7.5.3 特殊情况下的连续性方程 425

7.5.4 定态条件下通用扩散速率方程的特例 426

7.5.5 半无限介质中的非定态扩散过程与化学反应 429

7.5.6 气体的多组分扩散过程 430

7.6 气体在多孔性固体和毛细管中的扩散过程 431

7.6.1 概述 431

7.6.2 气体的努森（Knudsen）扩散 432

7.6.3 气体的分子扩散 433

7.6.4 气体的过渡区扩散 434

7.6.5 毛细管中气体的扩散速率比 435

7.6.6 气体在多孔性固体中的扩散过程 437

7.7 非定态分子扩散的数值计算法 438

7.7.1 概述 438

7.7.2 非定态扩散过程的数值计算法 438

7.7.3 数值法计算平板中扩散过程时的边界条件 439

7.8 传质过程中的量纲分析 443

7.8.1 概述 443

7.8.2 对流传质过程的量纲分析 443

7.9 传质过程中的边界层流动和湍流流动 444

7.9.1 传质过程中的层流及边界层理论 444

7.9.2 Prandtl混合长与湍流涡流扩散系数 446

7.9.3 传质系数模型 447

习题 448

参考文献 453