第1章 绪论 1
1.1化工科学的发展与传递学科的成长 1
1.2化工过程的平衡与速率 3
1.3传递过程速率的量化方法 5
拓展文献 9
学习提示 10
思考题 10
习题 10
第2章 流体流动的机理与模型化 12
2.1流体与流动的基本概念 12
2.1.1流体的连续性 12
2.1.2流速和流率 13
2.1.3定态流动与非定态流动 14
2.1.4黏性流体与理想流体 14
2.1.5层流和湍流 14
2.1.6牛顿黏性定律 15
2.1.7动量传递现象 16
2.1.8流动阻力与阻力系数 18
2.2描述流动问题的方法 19
2.2.1系统和控制体 19
2.2.2拉格朗日法和欧拉法 19
2.2.3物理量的时间导数 20
2.3微分质量衡算与连续性方程 21
2.3.1连续性方程的推导 21
2.3.2连续性方程的分析 23
2.3.3柱坐标系和球坐标系中的连续性方程 24
2.4流体的受力 25
2.4.1体积力和表面力 26
2.4.2表面应力与应变速率的关系 28
2.5一维流动的薄壳动量衡算 30
2.5.1薄壳衡算 30
2.5.2通过圆管的流动 31
2.6微分运动方程 35
2.6.1用应力表示的微分运动方程 35
2.6.2运动方程与机械能方程 37
2.6.3奈维-斯托克斯方程 38
2.6.4奈维-斯托克斯方程的求解 40
2.7量纲分析与放大 42
2.7.1量纲与单位 44
2.7.2奈维-斯托克斯方程的量纲分析 45
2.7.3白金汉方法 49
拓展文献 54
学习提示 54
思考题 55
习题 56
第3章 微分运动方程的若干解析 59
3.1一维定态流动 59
3.1.1平壁间定态层流 59
3.1.2平壁面上降膜流动 62
3.1.3套管环隙间的轴向定态层流 63
3.1.4套管环隙间的周向层流 67
3.2非定态流动问题简介 69
3.3流函数和势函数 72
3.3.1平面流、轴对称流动和流函数 72
3.3.2流线和迹线 74
3.3.3理想流体和欧拉方程 75
3.3.4势流和势函数 75
3.4二维绕流 76
3.4.1绕无限长圆柱体的势流 77
3.4.2爬流 79
拓展文献 83
学习提示 83
思考题 84
习题 84
第4章 近壁区域的大雷诺数流动 87
4.1边界层流动 88
4.1.1边界层概念 88
4.1.2平板层流边界层方程 89
4.1.3平板层流边界层方程的精确解 91
4.1.4边界层的分离和尾流 95
4.2湍流流动 96
4.2.1湍流与湍流边界层 97
4.2.2湍流的表征 100
4.2.3雷诺方程和雷诺应力 101
4.2.4湍流的半经验模型 103
4.2.5湍流的通用速度分布 105
4.3圆管内的入口段和湍流流动 106
4.3.1圆管入口段流动 107
4.3.2圆管湍流的速度分布 108
4.3.3光滑圆管湍流的范宁摩擦因数 110
4.3.4粗糙圆管湍流的范宁摩擦因数 111
4.4卡门动量积分方程 113
4.4.1平板上边界层的动量衡算 113
4.4.2平板上层流边界层的近似解 116
4.4.3平板上湍流边界层的近似解 117
拓展文献 119
学习提示 120
思考题 121
习题 121
第5章 热量传递及其微分方程 124
5.1热量传递方式 125
5.1.1热传导 125
5.1.2对流传热 126
5.1.3热辐射 127
5.1.4实例说明 128
5.2能量方程 129
5.2.1能量方程的推导 129
5.2.2能量方程的特定形式 132
5.2.3柱坐标系和球坐标系的能量方程 133
5.2.4能量方程的定解条件 134
拓展文献 135
学习提示 135
思考题 135
习题 136
第6章 热传导 138
6.1定态热传导 138
6.1.1无内热源的一维定态热传导 138
6.1.2有内热源的一维定态热传导 141
6.1.3肋的定态热传导 142
6.1.4多维定态热传导 147
6.2非定态热传导 151
6.2.1非定态热传导过程概述 151
6.2.2忽略内部热阻的非定态导热与集总热容法 154
6.2.3内部和表面热阻均不可忽略的一维非定态导热 156
6.2.4多维非定态导热 159
拓展文献 161
学习提示 161
思考题 162
习题 163
第7章 对流传热 166
7.1对流传热与对流传热系数 166
7.1.1对流传热的种类与研究方法 166
7.1.2温度边界层、流体温度分布与对流传热系数 167
7.2平板壁面对流传热 169
7.2.1平板壁面上层流传热的精确解 169
7.2.2平板壁面上层流传热的近似解 173
7.2.3平板壁面上湍流传热的近似解 175
7.3圆管内对流传热 176
7.3.1圆管内对流传热系数 177
7.3.2圆管入口段的对流传热 178
7.3.3圆管内强制层流传热的理论分析 179
7.3.4圆管内强制对流传热的经验关联式 183
7.4自然对流传热简介 185
拓展文献 186
学习提示 187
思考题 187
习题 188
第8章 质量传递：现象、机理及模型 190
8.1过程单元中的传质 190
8.2传质机理 193
8.2.1扩散传质 193
8.2.2对流传质 195
8.2.3传质的工程描述 195
8.3传质中的基本物理量 197
8.3.1物质的数量、浓度和组成 197
8.3.2传质速度 198
8.3.3传质通量 199
8.4传质微分方程 201
8.4.1传质微分方程的建立 201
8.4.2传质微分方程的应用和求解 205
拓展文献 208
学习提示 208
思考题 209
习题 209
第9章 气体、液体及固体中的扩散传质 212
9.1气体中的定态扩散传质 212
9.1.1组分A经停滞组分B的定态扩散 212
9.1.2等分子反方向定态扩散 216
9.1.3伴有化学反应的定态扩散 218
9.1.4气体中组分的扩散系数 220
9.2液体中的定态扩散传质 222
9.2.1液体中的扩散和扩散系数 222
9.2.2两组分混合物定态扩散 225
9.3固体中的定态扩散传质 227
9.3.1非结构化扩散模型 228
9.3.2结构化扩散模型 230
9.4停滞介质中非定态扩散传质：热质类比法 235
9.4.1问题的提出 235
9.4.2热质类比法求解示例 237
拓展文献 239
学习提示 239
思考题 240
习题 241
第10章 传质边界层及对流传质理论 245
10.1浓度边界层和对流传质 245
10.1.1浓度边界层的概念、定性和定量特征 245
10.1.2浓度边界层与对流传质系数 248
10.2定态层流传质的精确解 250
10.2.1平板壁面上层流传质的精确解 251
10.2.2圆管内层流传质的精确解 255
10.3浓度边界层积分传质方程 259
10.3.1平板壁面上层流传质的近似解 259
10.3.2平板壁面上湍流传质的近似解 263
10.4动量传递、热量传递以及质量传递间的类似律 265
10.4.1扩散传递过程的类比关系 266
10.4.2对流传递过程的类比关系 266
拓展文献 271
学习提示 271
思考题 272
习题 272
第11章 传递过程模型化方法 276
11.1模型化方法简述 276
11.2模型化方法应用实例 278
11.2.1物理模型和假设 279
11.2.2控制方程 280
11.2.3定解条件 280
11.2.4模型求解 281
11.2.5数值模拟结果与讨论 283
11.2.6小结 286
拓展文献 287
学习提示 287
思考题 287
参考文献 288
附录 289
附录1 非稳态一维导热的工程简易算图 289
附录2 扩散系数 292
附录3 碰撞积分与伦纳德-琼斯势参数数值表 294