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第1篇 工程研究方法 7

1 相似理论 7

1.1 相似的概念 7

1.1.1 物理相似 7

1.1.2 相似现象 10

1.1.3 相似准则 12

1.2 相似理论基本定理 14

1.2.1 相似第一定理 14

1.2.2 相似第二定理 14

1.2.3 相似第三定理 15

思考题与习题 15

2 相似准则的导出方法 16

2.1 方程分析法 16

2.1.1 相似转换法 16

2.1.2 积分类比法 17

2.1.3 方程无量纲化法 18

2.2 量纲分析方法 19

2.2.1 量纲的基本概念 19

2.2.2 量纲公式 22

2.2.3 物理量间函数关系的结构 24

2.2.4 量纲的齐次性和完整性 25

2.2.5 量纲分析的指数法 27

2.2.6 量纲分析的矩阵法 30

2.3 物理法则法 37

思考题与习题 38

3 模型研究 40

3.1 模型研究的基本原则 40

3.2 自模化 40

3.3 近似相似 41

3.4 模型设计与数据整理 42

3.4.1 定型尺寸 42

3.4.2 定性温度与介质温度 43

3.4.3 工作介质与模型尺寸 44

3.4.4 实验数据处理 45

3.5 过程研究的环节 47

3.5.1 小型工艺试验 47

3.5.2 过程放大 47

3.5.3 大型冷热态模型试验 49

3.5.4 中间试验 49

思考题与习题 50

4 模型研究的工程应用 52

4.1 流体动力模型研究 52

4.1.1 流体动力模型相似准则的导出 52

4.1.2 流体动力模型试验研究 53

4.2 管道沿程阻力流体动力模型案例分析 56

4.2.1 管道沿程阻力流体动力准则关系式 57

4.2.2 管道内流体运动的普适阻力公式 57

4.2.3 管道沿程阻力流体动力实验 57

4.3 固体微粒在气流中的运动 61

4.3.1 固体微粒运动方程 62

4.3.2 固体微粒运动相似准则方程 63

4.4 对流换热模型研究 64

4.4.1 对流换热准则关系式 65

4.4.2 局部热模化 66

4.4.3 对流换热分析 67

4.4.4 火焰隧道窑对流换热模型研究 69

思考题与习题 73

第2篇 动量、能量与质量传递与工程应用 81

5 动量、能量与质量传递衡算方程 81

5.1 总衡算方程 81

5.1.1 系统与控制体 81

5.1.2 总质量衡算方程 82

5.1.3 总动量衡算式 84

5.1.4 总能量衡算方程 87

5.2 微分衡算方程 90

5.2.1 质量传递微分方程 90

5.2.2 动量传递微分方程 91

5.2.3 能量传递微分方程 95

5.3 动量、热量、质量传递的类似性 98

5.3.1 三种传递形式在分子传递性质上的类似性 98

5.3.2 三种传递的涡旋机制相似性 99

思考题与习题 100

6 边界层理论 103

6.1 普朗特边界层理论模型 103

6.2 层流向湍流的转捩 104

6.3 速度边界层厚度 104

6.4 温度边界层与浓度边界层 106

6.4.1 温度边界层 106

6.4.2 浓度边界层 106

6.5 黏性不可压缩流体层流边界层方程 107

6.6 普朗特边界层方程的精确解——布拉修斯解 109

6.7 边界层动量积分方程——卡门关系式 112

6.8 边界层的分离与形体曳力 114

思考题与习题 116

7 不可压缩流体运动的若干解 117

7.1 平壁间的轴向稳态平行层流流动 117

7.2 圆管中的轴向稳态层流流动——哈根-泊肃叶流动 119

7.3 同心套管环隙间的轴向稳态层流与周向层流 120

7.3.1 轴向稳态层流运动 120

7.3.2 周向层流运动 123

7.4 圆管中的湍流运动 124

7.4.1 湍流的特征 124

7.4.2 湍流运动方程 125

7.4.3 普朗特混合长度理论 127

7.4.4 圆管中黏性不可压缩流体的稳态湍流运动 128

7.5 平板上湍流边界层的近似解 132

思考题与习题 133

8 热工设备中气流运动的阻力 135

8.1 气流运动阻力的成因 135

8.1.1 摩擦阻力 135

8.1.2 局部阻力 135

8.1.3 位压阻力 136

8.1.4 气体通过散料层的阻力 136

8.2 水泥工业预热器系统阻力的形成与控制 139

8.2.1 预热器系统阻力介绍 139

8.2.2 预热器阻力损失计算模型 139

8.2.3 预热器系统的降阻措施 140

8.3 玻璃工业蓄热室结构与阻力 142

8.3.1 玻璃工业蓄热室的结构 142

8.3.2 蓄热室气流阻力分析 146

8.4 陶瓷隧道窑的码料方式与阻力 146

8.4.1 隧道窑内阻力和码窑对窑烧成过程的影响 146

8.4.2 调整码窑方法的原则 148

思考题与习题 149

9 导热 150

9.1 导热微分方程的定解条件与求解方法 150

9.1.1 定解条件 150

9.1.2 求解方法 151

9.2 稳态导热的分析解 152

9.2.1 一维稳态导热的计算 152

9.2.2 二维稳态传热计算 160

9.3 非稳态导热的分析解 163

9.3.1 薄壁物体内的非稳态导热计算 164

9.3.2 厚壁物体内的非稳态导热计算（第三类边界条件） 167

9.4 一维非稳态导热问题数值解 171

思考题与习题 176

10 对流换热 178

10.1 对流换热机理 178

10.2 圆管内的层流换热 179

10.2.1 管内充分发展区的层流换热 180

10.2.2 管内动力进口段的层流换热 184

10.3 流体纵向流过平板时的层流换热 190

10.3.1 流体纵向流过平板时层流换热的精确解 190

10.3.2 流体纵向流过平板时层流换热的近似解 195

10.4 动量传递与热量传递的类似律 198

10.4.1 雷诺比拟 199

10.4.2 普朗特比拟 200

思考题与习题 202

11 辐射换热 203

11.1 热辐射的本质 203

11.2 任意位置物体间的辐射换热 204

11.2.1 辐射角系数 204

11.2.2 灰体间的辐射换热计算 210

11.2.3 具有遮热板的辐射换热系统 216

11.2.4 具有镜面反射的物体间的辐射换热计算 218

11.3 气体辐射 220

11.3.1 气体辐射的特点 220

11.3.2 气体的发射率和吸收率 221

11.4 火焰辐射 226

11.5 太阳辐射 229

思考题与习题 231

12 对流传质 233

12.1 质量传递概述 233

12.1.1 分子传质过程 233

12.1.2 对流传质过程 234

12.2 对流传质微分方程 234

12.3 浓度边界层中的传质 236

12.4 圆管内的稳态层流传质 238

12.5 流体纵向流过平板壁面的层流传质 241

12.5.1 流体纵向流过平板壁面时层流传质的精确解 241

12.5.2 流体纵向流过平板壁面时层流传质的近似解 243

12.6 动量、热量与质量传递过程的类似律 244

12.6.1 雷诺类似律 245

12.6.2 普朗特和卡门类比 245

12.6.3 奇尔顿-柯尔伯恩类比 248

思考题与习题 250

13 能量传递规律的工程应用 252

13.1 工业与民用建筑维护结构的隔热保温层设计 252

13.1.1 隔热保温层设计原理 252

13.1.2 工业窑炉炉体的耐热保温设计 252

13.1.3 多功能复合墙板设计 261

13.1.4 Low-E玻璃 265

13.1.5 空气夹层在玻璃幕墙中的应用 269

13.2 大体积混凝土施工中的温控 271

13.2.1 概述 271

13.2.2 大体积混凝土的水化放热 271

13.2.3 大体积混凝土内部的温度和应力特征 272

13.2.4 大体积混凝土内部温度场和应力场的计算机仿真模拟 273

13.2.5 大体积混凝土施工及温控技术 275

13.3 新型工业窑炉换热方式 278

13.3.1 水泥预分解窑系统及换热特点 278

13.3.2 陶瓷辊道窑及其换热特点 280

13.3.3 玻璃熔制技术的改进 281

思考题与习题 283

第3篇 燃料燃烧与污染防治 291

14 燃烧的基本理论 291

14.1 燃烧的若干概念 291

14.1.1 点火、可燃性与熄火 291

14.2 燃烧热力学 294

14.2.1 应用于反应系统的热力学第一定律 294

14.2.2 应用于反应系统的热力学第二定律 296

14.3 化学动力学 300

14.3.1 化学反应速率 300

14.3.2 基元反应与总反应的反应速度常数 302

14.3.3 链式反应机理 308

14.3.4 H2、CO及烷（烯）类碳氢化合物的氧化机理 312

14.3.5 局部平衡近似法及其在CO-H2-O2反应中的应用 316

思考题与习题 318

15 气体燃料的燃烧过程 320

15.1 非预混火焰长焰燃烧（扩散式燃烧） 320

15.1.1 层流扩散火焰的结构与模型 320

15.1.2 湍流扩散火焰 325

15.2 预混火焰的燃烧 328

15.2.1 短焰燃烧 328

15.2.2 无焰燃烧 339

思考题与习题 341

16 液体燃料的燃烧过程 342

16.1 液体燃料雾化燃烧的过程与火焰的结构 342

16.2 单个油珠的蒸发模型 343

16.3 蒸发油滴模型向单个燃烧油滴模型的扩展 348

思考题与习题 354

17 固体燃料的燃烧过程 355

17.1 非均相反应的过程 355

17.2 碳的燃烧模型 355

17.2.1 单膜模型 356

17.2.2 双膜模型 363

17.3 煤粉的燃烧 366

17.3.1 煤粉燃烧的特点 366

17.3.2 煤粉烧嘴 367

17.4 其他固体燃料简介 368

思考题与习题 369

18 燃烧污染与防治 370

18.1 NOx的形成与防治 370

18.1.1 NOx的产生 370

18.1.2 氮氧化物的控制 372

18.2 COx的形成与防治 378

18.2.1 CO2减排技术 379

18.2.2 CO的控制 381

18.3 SOx形成与防治 381

18.3.1 SOx的种类及生成机理 381

18.3.2 SOx控制技术 382

18.4 烟尘形成与防治 390

18.4.1 烟尘种类及生成机理 390

18.4.2 烟尘控制技术 391

思考题与习题 392

19 燃烧的强化 393

19.1 概述 393

19.2 强化燃烧的实际方法 393

19.2.1 提高燃烧过程的温度 394

19.2.2 减小燃料的粒度 395

19.2.3 气流中颗粒的相对速度和燃烧的强化 395

19.3 燃烧过程的组织 395

19.3.1 湍流和燃烧的强化 395

19.3.2 已燃气体的回流、火焰着火和燃烧强化 396

19.3.3 旋转射流对火焰强化的影响 397

19.3.4 燃料特性和燃烧的强化 398

19.3.5 旋风炉燃烧及燃烧强化 398

19.4 煤粉燃烧的强化 398

19.4.1 煤粉燃烧过程与强化燃烧 398

19.4.2 煤粉燃烧的强化措施 399

19.4.3 回转窑的煤粉强化燃烧 400

19.4.4 汽化式强化燃烧技术在锅炉中的应用 400

19.5 气体燃料燃烧的强化 401

19.5.1 气体燃料稳定燃烧的条件 401

19.5.2 气体燃料燃烧过程的强化途径 402

19.5.3 低热值气体燃料燃烧的强化 403

19.6 液体燃料燃烧的强化 403

19.6.1 液体燃料的燃烧过程 403

19.6.2 液体燃料燃烧的强化 405

19.6.3 乳化油及其燃烧强化 406

思考题与习题 406

20 燃烧器简介 407

20.1 气体射流 407

20.1.1 自由射流 407

20.1.2 受限射流 409

20.1.3 同心射流 411

20.1.4 旋转射流 412

20.2 气体燃料燃烧器 415

20.2.1 长焰烧嘴 415

20.2.2 无焰烧嘴 416

20.2.3 短焰烧嘴 416

20.3 液体燃料燃烧器 418

20.3.1 压力雾化烧嘴 418

20.3.2 机械雾化烧嘴 419

20.3.3 气动雾化烧嘴 419

20.3.4 气泡雾化烧嘴 421

20.4 固体燃料燃烧器 423

20.4.1 水煤浆燃烧器 423

20.4.2 水泥回转窑用煤粉燃烧器 424

20.4.3 低NOx煤粉燃烧器 426

20.5 特种烧嘴 429

20.5.1 高速等温烧嘴 429

20.5.2 脉冲烧嘴 430

20.5.3 调温烧嘴 430

20.5.4 富氧／全氧燃烧器 430

思考题与习题 434

21 工业窑炉热工性能检测 435

21.1 热工标定方案的制定 435

21.1.1 平衡体系的确定 435

21.1.2 热工标定方案的制定 436

21.2 标定准备 438

21.2.1 现场准备 438

21.2.2 设备准备 438

21.2.3 人员准备 438

21.2.4 预测试 438

21.3 工业窑炉热工性能检测范例 439

21.3.1 测定项目与测点分布 439

21.3.2 窑系统主机设备概况 441

21.3.3 标定及计算数据汇总 442

21.3.4 单项标定与计算 446

21.3.5 窑炉系统两大平衡计算 455

21.3.6 主要性能指标计算 458

21.3.7 分析与建议 459

附录 466

附录1 常见气体的物理参数（标准大气压） 466

附录2 某些饱和液体的物理性质 472

附录3 常见液态金属的物理性质 476

附录4 固体材料的物性参数 477

附录5 几种气体的平均比热容？ 480

附录6 某些材料的发射率 480

附录7 空气的相对湿度 482

附录8 不同温度与不同风速的传热系数 488

参考文献 491