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第一篇　流体动力过程 3

1　流体流动 3

1.1　概述 3

1.1.1　连续介质的假定 3

1.1.2　作用在流体上的力 5

1.1.3　流体的密度 5

1.1.4　静止流体上的压力 6

1.2　流体静力学 7

1.2.1　流体静力学微分方程 7

1.2.2　重力场下的流体静力学方程 8

1.2.3　流体静力学方程在压力和压力差测量上的应用 9

1.3　流体的粘性 11

1.3.1　牛顿粘性定律 11

1.3.2　气体的粘度 13

1.3.3　液体的粘度 14

1.3.4　流体的流动形态和雷诺数 15

1.4 流体动力学的宏观衡算方法 17

1.4.1 研究流体运动的拉格朗日（Lagrange）方法和欧拉（Euler）方法 17

1.4.2　物理量的时间导数 17

1.4.3　控制体和控制面 18

1.4.4　系统和环境 18

1.4.5　广延量和强度量 18

1.4.6 流体系统的研究方法和控制体研究方法间的关系 19

1.4.7　流体的连续性方程 21

1.4.8　流体流动的宏观能量衡算 24

1.4.9　流体流动的机械能衡算方程 28

1.5　流体在圆管内流动时的摩擦阻力 29

1.5.1　量纲分析方法 30

1.5.2　流体在管内流动时的摩擦系数 31

1.5.3　流体在非圆形直管内流动时的摩擦阻力 33

1.5.4　局部阻力和局部阻力系数 34

1.6　管路计算 38

1.6.1　液体输送管路 38

1.6.2　可压缩流体在等径管内的流动 40

1.7　流体流动的宏观动量衡算 50

1.7.1　动量衡算的控制体法 51

1.8　流体动力学的薄层流体平衡方法 55

1.8.1 薄层流体上的动量衡算和流道上的边界条件 55

1.8.2　平板上的降膜流动 56

1.8.3　圆管内的流体层流 58

1.8.4　流体层流流经圆管时的摩擦阻力 60

1.8.5　环隙内的流体层流 60

1.9　流体动力学的微分衡算 62

1.9.1　连续性方程的微分形式 63

1.9.2　理想流体的欧拉运动方程 64

1.9.3　作用于流体上的表面力 66

1.9.4　作用于流体上的力平衡方程 67

1.9.5　运动流体的速度分解和变形率 69

1.9.6　牛顿流体的本构方程 72

1.9.7　奈维-斯托克斯方程 73

1.10　奈维-斯托克斯方程的应用示例 74

1.10.1　平板上的稳定层流降膜流动 74

1.10.2　圆管内的液体层流运动 75

1.10.3　环隙内液体的周向运动 76

1.11　不可压缩流体的平面运动 78

1.11.1　流函数 78

1.11.2　用涡量和流函数表示的运动方程 79

1.11.3　流体非常缓慢地流经球体的运动 79

1.12　不可压缩流体的层流边界层 81

1.12.1 平板上不可压缩流体作稳定层流时的边界层分析 82

1.12.2　边界层的动量积分方程 86

1.12.3　边界层的分离 88

1.13　流体的湍流运动简介 90

1.13.1 湍流脉动和时均概念 90

1.13.2　湍流附加应力 91

1.13.3　湍流运动的基本方程 91

1.13.4　普兰特混合长度假说 93

1.13.5　普兰特速度分布定律 94

1.13.6　圆管内的湍流 96

1.13.7　光滑平板上的湍流边界层 100

1.14　流体流量的测量 102

1.14.1 测速管 102

1.14.2　孔板流量计 103

1.14.3　文丘利流量计 105

1.14.4　转子流量计 106

习题 107

主要符号说明 117

主要参考读物 118

2　流体输送机械 119

2.1　液体输送机械 119

2.1.1　离心泵 119

2.1.2　其它类型化工用泵 142

2.2　气体压送机械 148

2.2.1 通风机 148

2.2.2　鼓风机 153

2.2.3　压缩机 154

2.2.4　真空泵 158

习题 162

主要符号说明 164

主要参考读物 165

3　流体通过颗粒层的流动 166

3.1　颗粒床层的特性 166

3.1.1　颗粒的特性 166

3.1.2　颗粒群的当量直径 168

3.1.3　颗粒床层特性 169

3.2　流体通过固定床层的压降 170

3.2.1　流体在固定床层中的流动特性 170

3.2.2　流体流经颗粒床层的压力降 170

3.3　过滤 173

3.3.1　过滤操作的基本原理 173

3.3.2　过滤设备 174

3.3.3　过滤基本方程 180

3.3.4　恒压过滤方程 183

3.3.6　过滤常数的测定 184

3.3.5　恒速过滤方程 184

3.3.7　滤饼的洗涤速率与洗涤时间 187

3.3.8　过滤机的生产能力 188

习题 192

主要符号说明 193

主要参考读物 194

4　颗粒与流体间的相对运动 195

4.1　曳力和曳力系数 195

4.2　沉降 197

4.2.1　重力沉降 197

4.2.2　离心沉降 202

4.3　固体流态化技术 210

4.3.1　固体流态化的基本概念 210

4.3.2　流化床的压降 211

4.3.3　流化床的返混、沟流和节涌现象 212

4.3.4　流化床的操作范围 214

4.3.5　流化床的膨胀高度与分离高度 216

4.4　气力输送 217

4.4.1　气力输送装置 218

4.4.2　稀相气力输送中气流速度的选定 219

习题 220

主要符号说明 222

主要参考读物 222

第二篇　热量传递过程 225

5　热量传递过程 225

5.1　概述 225

5.2　热传导的基本概念 227

5.2.2　导热系数 228

5.2.1　傅里叶定律 228

5.2.3　热传导的微分方程 230

5.2.4　边界条件 232

5.3　一维稳态导热 233

5.3.1　平壁上的一维稳态导热 233

5.3.2　圆柱上的一维径向导热 239

5.3.3　球壁上的一维径向导热 245

5.3.4　接触热阻 245

5.3.5　带有肋片的换热面上的传热 246

5.4　非稳态导热 252

5.4.1 物体内部热阻可以略去的不稳态传热 252

5.4.2　半无限厚平壁的非稳态导热 253

5.4.3　平板两侧流体作对流时的非稳态导热 256

5.4.4　无限长圆柱和球体的一维非稳态导热 260

5.4.5　二维及三维非稳态导热问题的求解 263

5.5.1　一维稳态导热的差分方法 267

5.5　导热问题中的有限差分方法 267

5.5.2　二维稳态导热的差分方法 271

5.5.3　非稳态导热的差分方法 273

5.6　换热器的传热速率方程 276

5.6.1　传热速率方程 277

5.6.2　平均传热温度差 279

5.6.3　多程换热器和错流式换热器的平均传热温度差的校正 282

5.6.4　换热器计算的传热单元数法 284

5.7　对流传热的基本概念 289

5.7.1　热边界层概念 289

5.7.2　对流传热系数 290

5.7.3　能量衡算微分方程 291

5.7.4　湍流传热概念 295

5.8.1 相似常数和相似准数 296

5.7.5　对流传热的分类 296

5.8 相似方法 297

5.8.2　流体动力相似和传热相似 298

5.9　管内强制对流传热 301

5.9.1　管内强制层流传热 301

5.9.2　管内强制湍流传热 307

5.10　动量传递和热量传递之间的类比 309

5.10.1　雷诺类比 309

5.10.2　柯尔本类比 310

5.10.3　普兰特类比 310

5.10.4　冯·卡门类比 311

5.11　流体沿外壁作强制对流时的传热 313

5.11.1　平板上的强制层流热边界层 313

5.11.2　平板上的强制湍流传热 317

5.11.3　流体横向绕流单圆柱的传热 318

5.11.5　流体横向流经管簇的传热 319

5.11.4　流体绕流圆球的传热 319

5.11.6　流体在列管式换热器管间流动时的传热 322

5.12　自然对流传热 323

5.12.1 竖直平板上自然对流传热的微分方程及其典型解 324

5.12.2 自然对流传热的各种关联式 328

5.13　冷凝传热 334

5.13.1　竖直平板上的层流膜状冷凝 335

5.13.2　竖直平板上的湍流膜状冷凝 336

5.13.3　水平圆管外壁的膜状冷凝 337

5.13.4　水平圆管内的膜状冷凝 337

5.14 沸腾传热 339

5.14.1　大空间饱和液体的沸腾传热 340

5.14.2　大空间核状沸腾传热关联 341

5.14.3　大空间膜状沸腾传热关联 343

5.14.4　管内强制对流沸腾传热 344

5.15　辐射传热 345

5.15.1 黑体辐射强度和黑体辐射能力 346

5.15.2　物体表面的辐射性质 348

5.15.3　太阳辐射 349

5.15.4　角系数 350

5.15.5　灰体间的辐射传热 352

5.15.6　辐射热屏 357

5.15.7 由三个面所组成的闭合空间的辐射 359

5.15.8　气体辐射 360

5.15.9　暴露在大气中设备热损失的估计 366

5.16　换热器 367

5.16.1　管壳式换热器 367

5.16.2　蛇管式换热器 377

5.16.4　用空气为冷却剂的换热器 378

5.16.3　套管式换热器 378

5.16.5　板式换热器 379

5.16.6　螺旋板换热器 380

5.16.7　板翅式换热器 382

5.16.8　热管 383

习题 384

主要符号说明 391

主要参考读物 393

6　蒸发 394

6.1　概述 394

6.2　单效蒸发器的计算 395

6.2.1　物料衡算 395

6.2.2　热量衡算 396

6.2.3　单效蒸发器传热面积的计算 396

6.3　溶液的焓—浓图和杜林规则 397

6.4　蒸发器中的传热温度差损失 399

6.5　多效蒸发 399

6.5.1　多效蒸发的流程 400

6.5.2　蒸发器的生产能力和生产强度 401

6.5.3　多效蒸发的计算 402

6.6　蒸发器热能利用的其它方案 406

6.6.1　额外蒸汽的抽出 406

6.6.2　热泵蒸发流程 406

6.7　蒸发设备 407

6.7.1　循环型蒸发器 408

6.7.2　单程型蒸发器 409

6.7.3　用于蒸发器的除沫器和冷凝器 410

习题 412

主要符号说明 413

主要参考读物 414