化工流体力学 第2版PDF电子书下载

目录 1

上篇　流体力学基础 1

第1章 流体运动规律的影响因素和研究方法 1

1.1　流体的物理属性 1

1.1.1　连续介质假定 1

1.1.2　密度，压缩性 3

1.1.3　黏性，牛顿流体 3

1.1.4　导热性，热导率 8

1.1.5　扩散性，扩散系数 9

1.1.6　表面张力 10

1.2　流动空间的几何特征，流动问题分类 13

1.2.1　流体运动问题的分类 13

1.2.2　化工设备中的流动问题，典型化工设备及其结构特征 15

1.3　引发流体运动的方式、工艺过程的操作条件 17

1.3.1　化工设备中流动的发生：泊谡流与库特流 17

1.3.2　流动的两种基本状态：层流与湍流 18

1.3.4　低雷诺数（爬流）与高雷诺数（边界层流） 19

1.3.3　流动状态的判别，雷诺数 19

1.4　研究流体运动规律的基本途径 20

1.4.1　理论解析法 20

1.4.2　实验观测法 20

1.4.3　数值计算法 22

本章主要符号 23

习题 23

参考文献 24

第2章　流体运动学、理想流体运动 25

2.1　流体运动的表示方法 25

2.1.1　拉格朗日法 25

2.1.2　欧拉法 26

2.1.3　随体导数 27

2.1.4　定常流动与非定常流动，流线与轨线的进一步讨论 28

2.1.5　一维运动 29

2.2.1　流体微团运动的分解 31

2.2　变形的运动学——流体微团运动分析 31

2.2.2　流体微团变形和旋转运动的特征量 33

2.3　连续性方程 37

2.4　理想流体的运动方程——欧拉方程及其伯努利积分 39

2.4.1 欧拉运动方程沿流线的积分——伯努利方程 39

2.4.2　无旋条件下欧拉运动方程的积分 40

2.4.3　可压缩气体的伯努利方程 41

2.4.4　伯努利方程的应用 41

2.4.5　伯努利方程的局限性 47

2.5　二维运动，流函数 47

2.5.1　流函数的定义 47

2.5.2　流函数方程 49

2.5.3　流函数的应用 49

2.6　涡旋运动 50

2.6.1　工程中的涡旋运动现象 50

2.6.2　涡旋性质及涡旋运动经典理论 51

2.6.3　涡旋动力学——涡旋的产生、扩展与消失 55

2.7　无旋运动 57

2.7.1　无旋运动的特性 57

2.7.2　势流基本方程 58

2.7.3　基本无旋流 59

2.7.4　理想流体绕物体的运动，绕圆柱、球的流动 60

2.8　有环量的无旋运动 65

2.8.1　有环量的绕圆柱体流动 65

2.8.2　兰金涡 67

本章主要符号 70

习题 71

参考文献 73

第3章　黏性流体力学 74

3.1　黏性流体的运动方程及其性质与求解 74

3.1.1　运动方程的建立 74

3.1.3　黏性流体运动的性质 78

3.1.2　运动方程的定解条件 78

3.1.4　N-S运动方程的求解 80

3.2　低雷诺数流理论N-S方程近似（一） 84

3.2.1 Stokes流基本方程组 84

3.2.2　绕球运动，Stokes解 85

3.2.3　Oseen流 90

3.2.4　颗粒横向漂移 91

3.2.5 低雷诺数流理论的发展与应用 91

3.3 高雷诺数流理论（层流边界层理论）N-S方程近似（二） 92

3.3.1　高雷诺数下平板绕流边界层 92

3.3.2　曲面上的边界层，分离现象 94

3.3.3　边界层方程及其求解 96

3.4　湍流运动的基本方程与经典湍流理论 104

3.4.1　层流稳定性与湍流起源 104

3.4.2　湍流运动的主要特征 108

3.4.3　湍流运动的基本方程，雷诺方程 110

3.4.4　湍流唯象理论（半经验理论） 112

3.4.5　充分发展的湍流运动的简化模型 115

3.4.6　湍流的统计特性 119

3.5　绕流，外部流动 129

3.5.1　绕平板流动，湍流边界层 129

3.5.2　圆柱绕流，涡旋诱发振动 134

3.5.3　流体阻力的理论与实践 136

3.6　管流，内部流动 142

3.6.1　圆管层流流动 142

3.6.2　圆管湍流运动 148

3.6.3　非直管、非圆管中的流动，二次流现象 153

3.7　射流与尾流 159

3.7.1 自由射流 160

3.7.2　复杂射流 166

3.7.3　射流的工程应用 167

3.7.4　尾流 168

3.8.2　实际速度与平均速度（表观速度） 169

3.8　多孔介质中的流动 169

3.8.1　多孔介质结构 169

3.8.3　Darcy定律 170

3.9　湍流参数测量 173

3.9.1　热丝（热膜）流速仪 173

3.9.2　激光多普勒流速仪 175

3.9.3　管流实验结果 176

3.10　湍流拟序结构 177

3.10.1　湍流边界层结构 178

3.10.2 自由剪切流 180

3.10.3　研究湍流拟序结构的意义与应用 180

本章主要符号 181

习题 182

参考文献 186

4.1.1　孔口气泡的生成 188

4.1　气泡与液滴的形成 188

第4章　两（多）相流动 188

4.1.2　连续气体射流 192

4.1.3　液体射流的不稳定性：分裂与雾化 195

4.2　单一液滴／气泡运动，气泡动力学 197

4.2.1　液滴／气泡运动概述 197

4.2.2　低雷诺数下球形液滴的运动 201

4.2.3　液体中的气泡运动 206

4.3　多颗粒流动 213

4.3.1　颗粒在流体中的运动 214

4.3.2　密集鼓泡 215

4.3.3　液滴，气泡的分裂与合并 217

4.4　液膜流动 221

4.4.1　液膜流动特性 221

4.4.2　液膜层流运动 223

4.4.3　物体从液体中抽出时表面上的滞留膜 226

4.4.4　波动层流薄膜运动 230

4.4.5　液膜湍流运动 231

本章主要符号 234

习题 235

参考文献 236

第5章　非牛顿流体的流变性与流动 237

5.1　聚合液体的特异流动行为 237

5.1.1　剪切稀化 238

5.1.2　爬杆 238

5.1.3　挤出胀大 239

5.1.4　搅拌槽中的反向次流 240

5.1.5　滑移现象 240

5.1.6　添加剂减阻，汤姆斯（Toms）效应 240

5.2　非牛顿流体的本构方程与物质函数 241

5.2.1　假塑性流体的剪切黏度 242

5.2.3　触变性 245

5.2.2　黏塑性流体的剪切黏度 245

5.3　假塑性流体流动 247

5.4　黏塑性流体流动 250

5.5　聚合液体的拉伸流动与拉伸黏度 253

5.5.1　拉伸流动 253

5.5.2　拉伸黏度 253

5.6　黏弹性流体的流变特性与流动 254

5.6.1　法向应力差 255

5.6.2　黏弹性流体的动态特性，复数黏度 256

5.6.3　描述弹性行为的无量纲数群 258

5.6.4　马克斯威尔方程——线性黏弹性的模型 258

5.7　流变测量 259

5.7.1　毛细流变仪 259

5.7.2　旋转流变仪 261

本章主要符号 263

习题 263

参考文献 264

第6章　计算流体力学 266

6.1　流体力学主要方程与模型 267

6.1.1 不可压Navier-Stokes方程 267

6.1.2　涡流函数方程 268

6.1.3　湍流模型 268

6.2　数值计算方法 272

6.2.1　微分方程的离散及求解 272

6.2.2　有限差分法 273

6.2.3　有限元法 274

6.2.4　有限体积法 276

6.3　流场数值计算的应用实例 279

6.3.1 圆柱绕流 279

6.3.2　非牛顿流体管流 281

6.3.3　伴有化学反应的边界层流 284

6.3.4　鼓泡塔中气液两相流的数值计算 288

本章主要符号 291

习题 292

参考文献 292

下篇　流体力学应用 293

第7章 流体流动与传热、传质 293

7.1　能量方程 293

7.1.1　能量方程 294

7.1.2　黏性流体中的能量耗散 295

7.1.3　湍流能量方程 296

7.2　扩散方程 297

7.2.1　层流扩散方程 298

7.2.2　湍流扩散方程 298

7.3　管内传热 299

7.3.1　管内层流传热 300

7.3.2　管内湍流传热 302

7.4　人工粗糙管内的流动与传热 306

7.4.1　人工粗糙管中的湍流运动 307

7.4.2　人工粗糙管中的湍流传热与温度分布 310

7.5　伴有传热、传质时的绕流，传热、传质边界层 312

7.5.1　传质边界层 312

7.5.2　传热边界层 317

7.5.3　圆柱绕流流型与传热速率 321

本章主要符号 321

参考文献 322

第8章　流动、混合与化学反应 323

8.1　流动、混合与混合机理 323

8.1.1　层流中的分子扩散 324

8.1.2　湍流扩散 325

8.1.3　剪切分散 326

8.1.4　混合效果评价 328

8.2　化学反应与混合 330

8.2.1　特征时间与混合效应判别 331

8.2.2　混合对化学反应的影响 332

8.2.3　微观混合模型 334

8.2.4　撞击射流与快速混合技术 335

8.3　湍流与微观混合，反应沉淀 336

8.3.1 沉淀过程中不同尺度的混合 337

8.3.2　混合／沉淀模型 337

8.3.3　沉淀过程的CFD 338

8.4　聚合与混合（一），湍流与液液分散，悬浮聚合 338

8.4.1　湍流场中的液滴分散 339

8.4.2　液滴合并 340

8.4.3　液滴大小分布与液-液非均相聚合反应器放大 341

8.5　聚合与混合（二），高黏液膜流动与混合，熔融缩聚 342

8.5.1 圆盘反应器中的液体运动 342

8.5.2　旋转圆盘反应器中的质量传递 345

本章主要符号 346

参考文献 346

9.1.2　植物细胞培养液的流变性 348

9.1.1　发酵液的流变性 348

9.1　培养液／发酵液流变性 348

第9章　生物反应器流体动力学 348

9.1.3　黄原胶的流变性 349

9.2　叶轮流体动力学（一）单相流体 350

9.2.1　总体流动特性 350

9.2.2　流型 352

9.2.3　速度分布 357

9.2.4　剪切速率 357

9.2.5　湍流特征 359

9.3　叶轮流动动力学（二）气液两相 361

9.3.1　气／液两相流型 361

9.3.2　气泡大小分布 364

9.3.3　气含率分布 367

9.4　剪切环境与生物反应 367

9.4.1　剪切环境与菌体形态和代谢 367

9.4.2　气泡-细胞相互作用 368

本章主要符号 372

参考文献 373

第10章 聚合物加工中的流动与传递 374

10.1　螺槽与口模中的流动 374

10.1.1　螺槽中的运动 375

10.1.2 口模中的熔体流动 377

10.2　熔体充模流动 379

10.2.1　矩形模腔中的流动 379

10.2.2　径向流充模 380

10.2.3　充模过程中的喷泉流 382

10.3　压延辊隙间的熔体流动 383

10.3.1　辊隙间流型 383

10.3.2　压延等温流动 384

本章主要符号 386

参考文献 386

附录 基本运动方程和牛顿流体应力与应变率的关系式 387