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序 1

引言 1

第1章 相关学科领域（一）：计算流体力学基础 5

1.1动量守恒方程及其封闭 5

1.2湍流涡黏模型 7

1.2.1零方程模型 8

1.2.2一方程模型 9

1.2.3 k-ε两方程模型 10

1.3近壁区处理方法 16

1.3.1壁面函数法 16

1.3.2近壁模型法 19

1.4雷诺应力湍流模型 19

1.4.1雷诺应力方程模型 19

1.4.2雷诺代数应力模型 20

1.5湍流大涡模型 21

1.6计算流体力学的计算方法 21

符号说明 22

参考文献 22

第2章 相关学科领域（二）：计算传热学基础 23

2.1能量守恒方程及其封闭 23

2.2湍流热扩散模型 25

2.2.1零方程模型 25

2.2.2一方程模型 25

2.2.3 T′2-εT′两方程模型 26

2.3近壁区处理方法 29

2.4雷诺热流模型 30

2.5雷诺热流代数模型 31

符号说明 31

参考文献 32

第3章 计算传质学基本方程 33

3.1组分质量守恒方程及其封闭 35

3.2湍流传质扩散模型 36

3.2.1零方程模型 36

3.2.2方程模型 37

3.2.3 c′2-εc′两方程模型 40

3.3雷诺质流u′ic′模型 49

3.3.1标准雷诺质流模型 49

3.3.2混合雷诺质流模型 51

3.3.3代数雷诺质流模型 51

3.4计算传质学的数学方程体系 52

3.4.1数学模型方程组 52

3.4.2数学模型方程体系的统一 55

3.5湍流传递扩散系数的关系 57

3.6边界条件的确定 58

符号说明 60

参考文献 61

第4章 数值模拟示例——化工塔式传质设备内速度场的模拟 63

4.1模拟方程 64

4.2板式塔模型 68

4.2.1二维拟液相流模型 68

4.2.2三维拟液相流模型 71

4.2.3气液两相流模型 76

4.2.4气液混合流模型 80

4.3填料塔模型 82

4.3.1体积平均法模型 84

4.3.2单元综合法模型 92

符号说明 97

参考文献 99

第5章 计算传质学的应用（I）——精馏过程 102

5.1板式塔的模拟 103

5.1.1传质扩散模型（一）零方程模型 103

5.1.2传质扩散模型（二）c′2-εc′两方程模型 107

5.1.3雷诺质流u′ic′模型 131

5.2填料塔的模拟 135

5.2.1湍流传质扩散c′2-εc′模型 136

5.2.2雷诺质流u′ic′模型 143

符号说明 148

参考文献 149

第6章 计算传质学的应用（Ⅱ）——化学吸收过程及吸附过程 152

6.1化学吸收过程 152

6.1.1传质扩散c′2-εc′两方程数学模型 153

6.1.2 C02的MEA水溶液化学吸收过程模拟及验证 156

6.1.3 C02的AMP水溶液化学吸收过程模拟及验证 168

6.1.4 C02的NaOH水溶液化学吸收过程模拟及验证 172

6.2吸附过程 178

6.2.1吸附过程的数学模型 179

6.2.2模型计算策略 184

6.2.3模拟结果与实验的验证 185

符号说明 192

参考文献 195

第7章 计算传质学的应用（Ⅲ）——固定床催化反应过程 197

7.1模拟对象：壁冷式固定床催化反应器 197

7.2数学模型 199

7.2.1c′2-εc′两方程模型 199

7.2.2源项的确定 202

7.2.3边界条件 203

7.3模拟结果与实验结果的比较 204

符号说明 211

参考文献 212

第8章 传质理论及多组分系统的传质 213

8.1早期经典的传质理论 213

8.1.1双膜理论 213

8.1.2渗透理论 214

8.1.3表面更新理论 215

8.1.4经典传质理论的发展 216

8.2近界面的传质理论 217

8.2.1湍流扩散传质理论 217

8.2.2旋涡传质理论 218

8.3基于界面状态的传质理论 219

8.3.1界面效应理论 219

8.3.2界面阻力理论 220

8.4两组分体系传质系数的估计 221

8.5多组分系统的质量传递方程 222

8.5.1普遍化的Fick定律 223

8.5.2普遍化的Maxwell-Stefan方程 223

8.6多组分质量传递方程的求解 226

8.6.1与膜理论相结合的Maxwell-Stefan方程解法 226

8.6.2结合渗透理论的Maxwell-Stefan方程解法 231

8.7多组分质量传递方程的应用示例——精馏塔板上传质点效率的计算 238

8.7.1 Oldershaw塔板上的点效率模型 241

8.7.2 Oldershaw塔板上的点效率计算 245

8.7.3组分交互作用现象 257

符号说明 258

参考文献 260

第9章 气液传质过程的界面效应 263

9.1 Marangoni对流结构的实验观测 267

9.1.1传质界面为水平及液体为静止情况下的结构 268

9.1.2传质界面为水平及液体流动情况下的结构 272

9.1.3传质界面为垂直（降膜）及液体流动情况下的结构 272

9.1.4化学吸收界面的结构 273

9.2 Marangoni对流的分析 276

9.3产生Marangoni对流的数学模拟 277

9.3.1数学模型 277

9.3.2过程稳定性分析及失稳的临界Marangoni数 280

9.4气液界面Marangoni效应强化传质的理论分析 282

9.5气液界面Marangoni效应的传质增强实验 286

9.5.1界面为静止水平的传质增强实验 286

9.5.2界面为垂直流动（降膜）的传质增强实验 288

9.6从界面有序到无序过渡 290

9.7考虑Marangoni效应的传质理论 293

9.8 Rayleigh对流的数学模拟 298

9.8.1数学模型 298

9.8.2模拟求解结果及分析 301

9.9 Rayleigh对流的测量 308

9.10气液界面上二维浓度分布的模拟与观测 311

9.10.1界面上二维平面状态的模拟 311

9.10.2界面浓度梯度的观测 314

9.11在可变形界面同时进行传质与传热的Marangoni效应 315

9.12气液传质界面效应的产生过程 324

符号说明 325

参考文献 327

第10章 格子-Boltzmann方法对气液界面传质过程的模拟 329

10.1格子-Boltzmann方法简介 329

10.1.1从格子-气方法到格子-Boltzmann方法 329

10.1.2格子-Boltzmann方法基本方程 330

10.1.3格子模型 331

10.1.4边界条件 333

10.1.5计算步骤 335

10.1.6有外力影响的格子-Boltzmann方程 335

10.1.7传热过程的格子-Boltzmann方法 336

10.1.8传质过程的格子-Boltzmann方法 338

10.1.9格子模型计算与实际对象的关系 339

10.1.10格子-Boltzmann方法的应用 339

10.2溶质从界面向主体扩散的格子-Boltzmann模拟 340

10.2.1数学模型 340

10.2.2界面上单个溶质高浓度点的扩散过程 341

10.2.3系统物性对界面溶质扩散的影响 343

10.2.4界面上均布的多个溶质高浓度点的扩散过程 347

10.2.5界面上非均布的多个溶质高浓度点的扩散过程 349

10.2.6界面上随机的溶质高浓度点扩散过程 350

10.2.7界面瞬时传质通量与渗透理论的比较 351

符号说明 353

参考文献 355

附录 357

附录1填料塔内传质系数和传质表面积的经验关联式 357

附录2传质系数数据库 364

附录3散堆填料塔内气液两相逆流操作总持液量的关联式 380

附录4平衡分布函数离散方程的推导 382

附录5格子-Boltzmann模型导出Navier-Stokes方程 386