冶金传输原理PDF电子书下载

1　动量传输的基本概念 1

1.1　流体的概念及连续介质模型 1

1.1.1　流体的概念 1

第一篇　动量传输 1

1.1.2　连续介质模型 2

1.2　流体的主要物理性质 3

1.2.1 流体的惯性 3

1.2.2　流体的压缩性和膨胀性 4

1.3.1　黏性的概念 6

1.2.3 可压缩流体和不可压缩流体 6

1.3　流体的黏性 6

1.3.2　牛顿黏性定律 7

1.3.3　流体的黏度 8

1.3.4　牛顿流体与非牛顿流体 9

1.3.5　黏性流体与理想流体 10

1.4　作用在流体上的力 10

1.4.1 表面力 10

1.4.3　流体的静压力 11

1.4.2　体积力 11

1.5　体系与控制体 12

1.6　衡算方程 13

2　动量传输的基本方程 15

2.1　流体运动的描述 15

2.1.1 研究流体运动的方法 15

2.1.2 稳定流动与非稳定流动 16

2.1.3 迹线和流线、流束和流管 17

2.2　连续性方程 19

2.2.1 直角坐标系的连续性方程 20

2.2.2 一维总流的连续性方程 22

2.2.3 圆柱坐标系和球坐标系的连续性方程 23

2.3　理想流体动量传输微分方程——欧拉方程 24

2.4　实际流体动量传输方程——纳维尔－斯托克斯方程 26

2.5　伯努利方程 30

2.5.1 理想流体的伯努利方程 30

2.5.2 实际流体的伯努利方程 31

2.5.3 伯努利方程的几何意义和物理意义 31

2.5.4　实际流体总流的伯努利方程 32

2.5.5 热气体沿管道流动的伯努利方程 33

2.6.1 应用条件 34

2.6　伯努利方程的应用 34

2.6.2 应用举例 35

3　层流流动及湍流流动 40

3.1　流体的流动状态 40

3.1.1 雷诺试验 40

3.1.2 层流流动 42

3.1.3 湍流流动 45

3.2.1 管道中的层流流动 48

3.2　管道中的流动 48

3.2.2　管道中的湍流流动 51

3.3　流动阻力与能量损失 53

3.3.1 流动阻力的分类 53

3.3.2　沿程阻力损失 54

3.3.3　局部阻力损失 59

3.4　管路计算 60

3.4.1 简单管路的计算 60

3.4.2 串联管路的计算 60

3.4.3 并联管路的计算 61

4.1　边界层概念 64

4.1.1　边界层的定义 64

4　边界层理论 64

4.1.2　边界层的流态 65

4.1.3　管流边界层 66

4.2　边界层微分方程式 66

4.2.1　微分方程的建立 66

4.2.2　微分方程的解 68

4.3.1 边界层积分方程的建立 72

4.3　边界层积分方程式 72

4.3.2　层流边界层积分方程的解 74

4.3.3　湍流边界层积分方程的解 75

4.4　平板绕流摩擦阻力计算 75

4.4.1 不可压层流平板绕流的摩擦阻力 76

4.4.2 不可压湍流平板绕流的摩擦阻力 77

4.4.3　平板混合边界层的摩擦阻力 78

4.5　边界层脱离现象 81

4.5.1 边界层内的流动与脱离现象 81

4.5.2　边界层的控制 83

5.1 自由射流 84

5.1.1 自由射流的结构 84

5　射流 84

5.1.2 动量守恒 85

5.1.3 射流截面上的速度分布 85

5.1.4　射流中心线上的流速 86

5.2　半限制空间射流 86

5.3　旋转射流 87

5.3.2　旋流强度对气流结构的影响 89

5.3.1 旋流强度 89

6　可压缩气体流动 91

6.1　可压缩气体的一些基本概念 91

6.1.1 音速 91

6.1.2 马赫数 93

6.2　一元恒定等熵气流的基本方程及流速公式 94

6.2.1 连续性方程 94

6.2.2 动量方程 95

6.2.3 状态方程 95

6.2.4 流速公式 96

6.3　一元恒定等熵气流的基本特性 97

6.3.1 滞止状态 97

6.3.2 临界状态 98

6.3.3 极限状态 99

6.4　气流参数与流通截面的关系 101

6.5　渐缩喷管与拉瓦尔喷管 103

6.5.1　渐缩喷管 103

6.5.2 拉瓦尔喷管 105

6.6.1 激波 107

6.6　激波和膨胀波 107

6.6.2　膨胀波 108

7　气固两相流动 110

7.1　单个颗粒在流体中的运动 110

7.1.1 球形颗粒在流体中的稳定运动 110

7.1.2　颗粒沉降计算 111

7.2　通过固定床的流动 112

7.2.1 管束理论和埃根（Ergun）方程 113

7.2.2 围壁效应 116

7.3.1　流化机理 117

7.3　通过流化床的流动 117

7.3.2　开始流化速度 118

7.3.3　流化极限速度 119

7.4　气力输送系统 120

8　相似原理与模型研究方法 123

8.1　相似的基本概念 123

8.1.1 运动相似 124

8.1.2　动力相似 124

8.1.3　热相似 124

8.1.4　对现象的一般数学描述及单值条件 125

8.2　流体流动过程中相似准数的导出 126

8.2.1 相似准数的导出 127

8.2.2 相似准数的意义与性质 129

8.3　相似三定理 129

8.3.1 相似第一定理 129

8.3.2　相似第二定理 129

8.3.3　相似第三定理 130

8.4　量纲分析法 130

8.4.1 量纲 130

8.4.4 π定理 131

8.4.2　量纲表达式 131

8.4.3 量纲和谐原理 131

8.4.5 相似准数的转换 133

8.5　模型研究方法 133

8.5.1 模型相似条件 134

8.5.2　近似模化法 135

8.5.3 流体流动的稳定性与自模化性 135

8.5.4 模型设计 136

8.5.5 实验数据的整理 137

9.1　研究的对象和目的 140

第二篇　热量传输 140

9　概论 140

9.2　热量传输的三种方式 141

9.2.1 传导传热（导热） 141

9.2.2　对流传热（对流换热，对流给热） 142

9.2.3　辐射传热 143

9.3　综合传热和热阻 145

10.1.3　等温面（线） 148

10.1.2 稳态和非稳态传热 148

10　稳态导热 148

10.1.1 温度场 148

10.1　导热的基本概念和定律 148

10.1.4　温度梯度 149

10.2　导热基本定律 149

10.2.1 傅里叶定律 149

10.2.2　热导率λ 150

10.3　导热微分方程 151

10.3.1 直角坐标系中的导热微分方程 151

10.3.2 导热微分方程的单值性条件 155

10.4　通过平壁的一维稳态导热 156

10.4.1 第一类边界条件：表面温度为常数 156

10.4.2 第三类边界条件（对流边界，已知介质的温度及换热系数） 159

10.5　通过长圆筒壁的一维稳态导热 162

10.5.1 第一类边界条件下的一维稳态导热 162

10.5.2 第三类边界条件下的稳态导热（介质温度为常数） 164

11.1.2　加热或冷却过程的三个阶段 170

11.1.1 非稳态导热的特点 170

11.1　非稳态导热的基本概念 170

11　非稳态导热 170

11.1.3　边界条件对导热系统温度分布的影响 171

11.1.4 薄材和厚材的概念 172

11.2　薄材的不稳态导热（集总参数法） 173

11.3　半无限厚物体在第一类边界条件下的一维非稳态导热 178

11.4　有限厚物体在第三类边界条件下的一维非稳态导热 179

11.4.1 厚为2δ的无限大平板 180

11.4.2 无限长圆柱体和球体 182

11.5　二维、三维物体的不稳态导热 186

12　有限差分法的基本原理 190

12.1　导热问题数值求解的基本思想 190

12.2　差分的概念 192

12.3　变量区域离散化 193

12.4　二维稳态导热的差分计算 193

12.4.1 有限差分方程的建立（内节点） 193

12.4.2 边界节点的差分方程 195

12.5　差分方程组的求解方法 197

12.6.1 一维不稳态导热的差分解 199

12.6　非稳态导热的有限差分法 199

12.6.2 二维非稳态导热的差分解 202

13　对流传热 206

13.1　传热过程的一般分析 206

13.1.1 对流给热过程简介 206

13.1.2　对流换热过程的分类 206

13.1.3 换热系数和换热微分方程式 207

13.1.4　影响换热系数的因素 208

13.1.6　热边界层概念 210

13.1.5 对流传热的研究方法 210

13.1.7 普朗特数Pr 211

13.2　对流传热的数学描述 212

13.2.1 局部对流传热系数和平均对流传热系数 212

13.2.2　能量微分方程 213

13.2.3 动量微分方程 215

13.2.4　质量微分方程 215

13.2.5　传热微分方程 215

13.3.2 对流传热中的相似准数 216

13.3.1 相似三定律 216

13.3　对流传热的实验研究方法 216

13.3.3 对流换热的准数方程式 218

13.3.4　特征尺寸、定性温度和特征速度 220

13.3.5 实验求解准数方程式步骤 221

13.4　管内强制对流传热 224

13.4.1 管内流动传热特点 224

13.4.2 管内湍流（Re≥104）时的对流传热计算 226

13.4.3 管内过渡状态的强制对流传热 229

13.5　纵掠平板对流传热 230

13.5.1 流动和传热特点 231

13.5.2　平板层流时的准数关联式 232

13.5.3 平板流动全部为湍流时的准数关联式 232

13.5.4 平板为混合边界层时的准数关联式 232

13.5.5 横掠圆柱（管）对流传热 233

13.6　自然对流传热 234

13.6.1 流动和传热的特点 235

13.6.2 大空间自然对流实验关联式 236

14.1　热辐射基本概念 241

14.1.1 热辐射的特点 241

14　辐射传热 241

14.1.2 吸收率、反射率、透射率 242

14.1.3 几个重要的辐射参数 243

14.2　黑体辐射的基本定律 245

14.2.1 黑体与人工黑体 245

14.2.2　普朗克定律 246

14.2.3 斯忒藩－玻耳兹曼定律 247

14.2.4　兰贝特余弦定律 247

14.3.1 实际物体的辐射特性与黑度（发射率） 248

14.3　实际物体的辐射 248

14.3.2 实际物体的吸收辐射的特性 249

14.4　角系数 253

14.4.1 角系数及定义 253

14.4.2 角系数的性质 254

14.4.3 角系数的确定方法 255

14.5　表面间的辐射换热 259

14.5.1 黑体表面间的辐射换热 259

14.5.2　有效辐射 260

14.5.3 灰体表面间的辐射换热 261

14.5.4 热辐射网络法简介 264

14.5.5 强化辐射传热过程的措施 267

14.6 气体辐射 269

14.6.1 气体辐射的特点 269

14.6.2 气体对辐射能的吸收 270

14.6.3 气体辐射的黑度和吸收率 271

14.6.4 气体与围壁表面间的辐射换热 275

14.7　辐射换热系数 275

15.1　基本概念 283

15.1.1 浓度的表示方法 283

15　质量传输的概述 283

第三篇　质量传输 283

15.1.2　质量传输的两种方式 284

15.2　分子扩散的速度与通量 286

15.2.1　扩散速度与平均速度 286

15.2.2　扩散通量与主体流动通量 287

16　质量传输微分方程 290

16.1　质量传输微分方程的导出 290

16.3　柱坐标系和球坐标系的质量传输微分方程 293

16.2　质量传输微分方程的特定形式 293

16.4　传质微分方程的定解条件 294

17　分子扩散传质 295

17.1　稳态扩散传质的通用速率方程 295

17.2　气体中的分子扩散 295

17.2.1 组分A通过停滞组分B的分子扩散 295

17.2.2 组分A通过停滞组分B的拟稳态分子扩散 299

17.2.3 等分子反向定态扩散 300

17.2.4 气体扩散系数 302

17.3.1 组分A通过停滞组分B的定态扩散 305

17.3　液体中的分子扩散 305

17.3.2 等分子反向定态扩散 306

17.3.3 液体中的扩散系数 306

17.4　固体中的分子定态扩散 308

17.4.1 与固体结构无关的稳态扩散 309

17.4.2 与固体结构有关的稳态扩散 310

17.4.3 与固体结构无关的非稳态扩散 313

18.1.2 浓度边界层 315

18.1.1 对流传质系数 315

18.1　对流传质的基本概念 315

18　对流传质 315

18.1.3　对流传质系数的确定方法 316

18.2　对流传质的解析解 317

18.3　对流传质的相关准数 318

18.4　动量、热量和质量传输的类比 320

18.4.1 三种传输现象的类似性 320

18.4.2　传输现象的类似律 321

18.5.1 流体平板为湍流的对流传质 323

18.5　对流传质实验关联式 323

18.5.2 流体在圆管内湍流时的传质 324

18.5.3 流体流过单个球体时的传质 324

18.5.4 流体流过填充床时的传质 325

18.6　对流传质系数的理论模型 325

18.6.1 薄膜理论 326

18.6.2　渗透理论 326

18.6.3　表面更新理论 327

附录 329