第1章 传递现象及其基本定律 1
1.1传递机理 1
1.2分子传递与现象定律 2
1.2.1牛顿黏性定律 3
1.2.2傅里叶定律 4
1.2.3费克定律 4
1.2.4分子传递的类似性——现象定律 5
1.3总质量、总动量和总能量衡算 6
1.3.1控制体和控制面 7
1.3.2总质量衡算 7
1.3.3总能量衡算 10
1.3.4总动量衡算 12
1.4微分衡算与连续性方程 14
1.4.1微分衡算方程 14
1.4.2直角坐标系中连续性方程的推导 14
1.4.3随体导数 15
1.4.4连续性方程的分析及其各项物理意义 17
1.4.5欧拉法和拉格朗日法 18
1.4.6连续性方程的化简 19
1.4.7柱坐标系和球坐标系中的连续性方程 20
1.5量纲分析法 21
1.5.1量纲与量纲为化 21
1.5.2 日定理——Bridgman方程 22
1.5.3量纲为一的数的意义及其应用 24
参考文献 26
思考题 26
习题 27
第2章 运动方程与层流动量传递 28
2.1运动方程——动量传递微分方程 28
2.1.1体积力 29
2.1.2表面力 29
2.1.3以应力表示的运动方程 31
2.1.4奈维-斯托克斯方程——N-S方程 32
2.2简单流场内的层流 36
2.2.1平行平板间的稳态层流 36
2.2.2圆管内的稳态层流 39
2.2.3套管环隙间的轴向流动 42
2.3旋转层流流动 44
2.4振荡流动——非稳态流动 45
2.4.1静止流体中的平板启动 46
2.4.2平板简谐振荡 46
2.5流线和流函数 48
2.5.1流线及其特性 48
2.5.2流线方程 49
2.5.3流管 49
2.5.4流函数 50
2.6势流 52
2.6.1势流与欧拉方程 52
2.6.2势流的速度分布和压力分布——伯努利方程 55
2.7爬流 57
2.7.1爬流运动微分方程 57
2.7.2绕球层流运动与斯托克斯流 58
2.7.3斯托克斯阻力定律 61
2.7.4斯托克斯阻力定律的应用 62
2.7.5奥森流 64
2.8边界层理论基础 65
2.8.1边界层的形成 66
2.8.2边界层分离 68
2.9边界层运动微分方程 70
2.9.1边界层方程的推导 70
2.9.2边界层方程的精确解——布拉修斯相似原理 74
2.9.3位移厚度与动量厚度 78
2.9.4圆管进口段的流动 79
2.10边界层积分动量方程 80
2.10.1边界层积分动量方程的推导 80
2.10.2层流边界层的近似计算 82
参考文献 84
思考题 84
习题 85
第3章 湍流动量传递 87
3.1湍流的特征 87
3.1.1湍流的主要特征 87
3.1.2时均值与脉动值 88
3.1.3湍动强度 90
3.1.4湍流的起源 90
3.2湍流基本方程——雷诺方程 94
3.2.1雷诺转换与雷诺方程 94
3.2.2动量传递与湍流附加应力 96
3.3普朗特动量传递理论——湍流唯象理论 97
3.3.1涡流黏度 97
3.3.2普朗特混合长 97
3.4光滑管中的湍流 99
3.4.1层流内层的速度分布方程 99
3.4.2湍流主体的速度分布方程 101
3.4.3过渡层的速度分布方程 102
3.4.4速度衰减定律 103
3.4.5流动阻力与摩擦因数 103
3.4.6范宁摩擦因数的经验关联式 104
3.5粗糙管中的流动 106
3.5.1粗糙度与范宁摩擦因数 106
3.5.2速度分布方程与流动阻力 108
3.6平板壁面的湍流边界层 109
3.6.1边界层速度分布方程 109
3.6.2边界层厚度 110
3.6.3流动阻力 111
3.7自由湍流 112
3.7.1自由射流的发展 112
3.7.2卷吸机理 114
3.7.3自由射流特性参数的估计 114
3.7.4自由射流的实验观测 116
3.7.5复杂射流 120
参考文献 121
思考题 121
习题 121
第4章 能量方程与导热 123
4.1传热方式与传热机理 124
4.1.1分子传递与热传导 124
4.1.2涡流传递与对流传热 124
4.1.3辐射传热 124
4.2能量方程——传热微分方程 125
4.2.1直角坐标系中能量方程的推导 125
4.2.2不可压缩流体的能量方程 127
4.2.3固体的导热 127
4.2.4柱坐标系和球坐标系中的能量方程 128
4.2.5边界条件 129
4.3稳态导热 130
4.3.1无内热源的一维稳态导热 130
4.3.2有内热源的一维稳态导热 131
4.3.3无内热源的二维稳态导热 132
4.4非稳态导热 133
4.4.1半无限固体的非稳态导热 133
4.4.2平板两端面温度恒定的非稳态导热 136
4.4.3具有两个对流传热边界的大平板非稳态导热 139
4.4.4一维非稳态导热的简易图算法 141
4.5二维稳态导热的数值解 142
参考文献 146
思考题 146
习题 147
第5章 对流传热 149
5.1对流传热概论 149
5.1.1对流传热基本概念 149
5.1.2对流传热系数——传热膜系数 151
5.2平壁层流边界层能量方程精确解 152
5.3平壁层流传热的近似解 155
5.4圆管层流传热 160
5.4.1管壁热通量恒定的传热 161
5.4.2管壁温度恒定的传热 163
5.4.3圆管入口段传热 163
5.5自然对流传热 165
5.5.1传热特点及基本方程 165
5.5.2无界垂直平壁 167
5.6湍流传热 171
5.6.1湍流能量方程 171
5.6.2涡流热扩散系数与混合长 172
5.6.3雷诺类似律——单层模型 173
5.6.4普朗特类似律——双层模型 176
5.6.5卡门类似律——三层模型 178
5.6.6 Chilton-Colburn类似律 180
5.6.7湍流传热系数经验关联式 181
5.7冷凝与沸腾传热 182
5.7.1管内冷凝 182
5.7.2沸腾传热中的多相流 183
5.7.3管内沸腾 186
参考文献 189
思考题 190
习题 190
第6章 扩散方程与分子传质 193
6.1传质概论 193
6.1.1传质机理与传质方式 194
6.1.2传质基本概念及其表征 195
6.2扩散方程——传质微分方程 199
6.2.1双组分扩散方程的推导 199
6.2.2扩散方程的化简 201
6.2.3扩散方程的初始条件和边界条件 202
6.3稳态分子传质 204
6.3.1气体中的分子扩散 204
6.3.2多组分气体混合物的扩散 210
6.3.3液体中的溶质扩散 215
6.3.4固体中的稳态扩散 218
6.4非稳态分子传质 221
6.4.1半无限长区域内的非稳态扩散 221
6.4.2无限大平板中沿厚度方向进行的非稳态扩散 222
6.5伴有化学反应的分子传质 224
6.5.1伴有零级化学反应的分子扩散 225
6.5.2伴有一级化学反应的分子扩散 225
6.6二维和三维分子传质 227
6.6.1具有分析解的二维、三维分子扩散 228
6.6.2二维稳态分子扩散的数值解 229
参考文献 232
思考题 232
习题 233
第7章 对流传质 236
7.1对流传质概论 236
7.1.1对流传质基本概念 236
7.1.2对流传质系数 237
7.2层流质量传递 240
7.2.1平壁层流传质系数精确解 240
7.2.2浓度边界层的近似解 245
7.2.3圆管内的层流传质 247
7.3湍流质量传递 250
7.3.1平壁湍流浓度边界层近似解 250
7.3.2动量、热量与质量传递类似性 253
7.3.3动量、热量与质量传递类似律 255
7.4动量、热量与质量同时进行的传递 259
7.4.1动量与质量同时进行的传递 259
7.4.2动量、热量与质量同时进行的传递 263
参考文献 268
思考题 269
习题 269
第8章 相间传质 272
8.1相间传质概论 272
8.1.1相间传质基本概念 272
8.1.2相间传质系数 273
8.2相间传质理论 274
8.2.1双膜理论 274
8.2.2溶质渗透理论 276
8.2.3表面更新理论 278
8.2.4传质理论进展 279
8.2.5界面湍动与Marangoni效应 280
8.3固体颗粒的相间传质 282
8.3.1球形颗粒与静止流体间的传质 282
8.3.2球形颗粒与层流流体间的传质 283
8.3.3塔内球形颗粒与流体间的传质 285
8.4平壁、滴泡和液膜的相间传质 285
8.4.1平壁的相间传质 286
8.4.2滴泡的传质 286
8.4.3液膜的传质 294
8.5伴有化学反应的相间传质 295
8.5.1化学反应对气体吸收的影响 296
8.5.2伴有一级化学反应的相际传质 297
8.5.3伴有双分子反应的相际传质 300
8.5.4伴有可逆反应的传质 304
参考文献 307
思考题 308
习题 309
附录 310