化學工程手冊.第1卷（第三版）

第1篇化工基礎數據
1引言1-2
1.1化工數據概述1-2
1.2化工數據內容范圍1-2
1.3化工數據查找指南1-4
2純物質基本物性1-6
2.1沸點1-6
2.1.1沸點常用數據源1-6
2.1.2沸點的估算方法1-6
2.2熔點1-20
2.2.1熔點常用數據源1-20
2.2.2熔點的估算方法1-20
2.3臨界參數1-21
2.3.1臨界參數數據源1-21
2.3.2臨界參數的估算方法1-21
2.4偏心因子1-24
2.5微觀參數1-25
2.5.1偶極矩1-25
2.5.2極化率1-25
2.5.3Lennard-Jones 12-6參數1-25
2.6定位分布貢獻法估算物性1-26
參考文獻1-27
3蒸氣壓和相變焓1-29
3.1數據源1-29
3.1.1蒸氣壓數據源1-29
3.1.2相變焓數據源1-37
3.2估算方法1-42
3.2.1蒸氣壓估算方法1-42
3.2.2蒸發(fā)焓的估算方法1-51
3.2.3熔化焓的估算方法1-62
3.2.4升華焓的估算方法1-63
3.2.5溶解焓（熱）ΔsolH的估算方法1-63
參考文獻1-64
4熱化學數據1-66
4.1（比）熱容1-66
4.1.1（比）熱容數據源1-66
4.1.2（比）熱容的估算方法1-77
4.2焓和熵1-84
4.2.1焓1-84
4.2.2熵1-84
4.3燃燒焓、生成焓、生成Gibbs自由能1-85
4.3.1燃燒焓1-85
4.3.2生成焓1-87
4.3.3生成Gibbs自由能1-91
參考文獻1-98
5pVT及相平衡1-100
5.1純液體pVT1-100
5.1.1純液體密度數據源1-100
5.1.2利用關聯式計算液體密度1-100
5.1.3純液體密度的估算1-113
5.2混合液體pVT1-117
5.2.1混合液體密度數據源1-117
5.2.2混合液體密度估算（混合規(guī)則）1-117
5.3氣體pVT1-118
5.4相平衡1-118
5.4.1VLE數據1-118
5.4.2GLE數據1-119
5.4.3LLE數據1-120
5.4.4SLE數據（或LSE）1-120
5.4.5辛醇/水分配系數1-120
參考文獻1-121
6傳遞過程相關數據1-128
6.1黏度1-128
6.1.1常用氣體黏度-溫度關聯式及其系數1-128
6.1.2空氣的黏度1-131
6.1.3常用液體物質黏度關聯式及其系數1-131
6.1.4黏度的估算方法1-134
6.2熱導率1-144
6.2.1熱導率數據源1-144
6.2.2熱導率的估算方法1-149
6.3擴散系數1-151
6.3.1擴散系數數據源1-154
6.3.2擴散系數估算方法1-155
6.4表面張力1-157
6.4.1表面張力數據源1-157
6.4.2表面張力的估算方法1-160
參考文獻1-161
符號說明1-163

第2篇化工數學
1數學基礎及常用公式2-2
1.1數學模型、常數及計算用表2-2
1.2代數公式與不等式2-16
1.2.1代數式運算2-16
1.2.2二項式定理2-16
1.2.3數列2-16
1.2.4排列、組合2-17
1.2.5自然數之冪的求和公式2-18
1.2.6對數及其運算規(guī)律2-18
1.2.7合比、分比2-18
1.2.8待定型表2-19
1.2.9不等式2-19
1.3平面三角函數公式2-20
1.3.1角與三角函數2-20
1.3.2誘導公式2-21
1.3.3特殊角的三角函數值2-22
1.3.4三角恒等式2-22
1.3.5三角形邊角關系及其解法2-24
1.3.6有關反三角函數的一些恒等式2-26
1.3.7三角函數值的近似計算2-26
1.4幾何圖形與初等幾何2-27
1.4.1平面圖形2-27
1.4.2立體圖形2-32
1.4.3基本初等函數及其圖形2-35
參考文獻2-40
2代數2-41
2.1線性代數2-41
2.1.1行列式理論2-41
2.1.2線性方程組2-41
2.1.3矩陣代數2-43
2.1.4二次型2-44
2.1.5線性空間與線性變換簡介2-44
2.1.6歐氏空間2-46
2.2矩陣分析2-47
2.2.1向量范數2-47
2.2.2矩陣范數2-47
2.2.3方陣的譜半徑2-48
2.2.4用距離做樣本間的分類2-48
2.2.5方陣函數與函數矩陣2-48
2.2.6在簡單不可逆反應系統中的應用2-49
2.3矩陣計算2-50
2.3.1矩陣的列主元LU分解2-50
2.3.2由LU分解求解非奇異線性方程組2-50
2.3.3矩陣的QR分解2-51
2.3.4由QR分解求解矩陣特征值問題2-52
2.3.5矩陣的奇異值分解SVD2-52
2.3.6由SVD求解線性小二乘問題2-52
2.3.7化工案例2-53
參考文獻2-54
3解析幾何2-55
3.1平面解析幾何2-55
3.1.1坐標系2-55
3.1.2直線2-56
3.1.3圓錐曲線2-57
3.1.4曲線與方程2-60
3.1.5參數方程2-61
3.2空間解析幾何2-62
3.2.1坐標系2-62
3.2.2平面和直線2-64
3.2.3曲面2-65
3.2.4空間曲線2-68
3.2.5化工案例2-69
參考文獻2-70
4微積分：微分、積分、無窮級數2-71
4.1微分學2-71
4.1.1導數的概念2-71
4.1.2復合函數的求導2-73
4.1.3函數的微分2-74
4.1.4偏導數與全微分2-75
4.1.5化工案例2-75
4.2一元函數的積分學2-77
4.2.1不定積分及其計算2-77
4.2.2定積分2-79
4.2.3微積分基本定理2-80
4.2.4化工案例2-81
4.3無窮級數2-82
4.3.1級數的概念2-82
4.3.2正項級數及其斂散性判別法2-83
4.3.3收斂與條件收斂2-84
4.3.4冪級數與泰勒展開2-84
4.3.5化工案例2-86
參考文獻2-86
5微分方程與差分方程2-87
5.1常微分方程2-87
5.1.1緒論2-87
5.1.2一階微分方程2-88
5.1.3高階微分方程2-89
5.1.4一些特殊微分方程的例子2-92
5.2偏微分方程2-94
5.2.1輸運方程：一階擬線性偏微分方程2-95
5.2.2二階擬線性偏微分方程及其典型代表2-95
5.2.3一些常用解法2-96
5.3差分方程2-100
5.3.1有限差分運算與差分方程基本概念2-100
5.3.2線性差分方程求解2-101
5.3.3非線性差分方程：Riccati差分方程2-104
參考文獻2-104
6積分方程與積分變換2-105
6.1復變函數理論2-105
6.1.1復變函數的導數2-105
6.1.2解析函數與奇點2-105
6.1.3復變函數的積分2-106
6.1.4留數理論2-108
6.2積分方程2-109
6.2.1基本概念2-109
6.2.2積分方程的解法2-111
6.3積分變換2-113
6.3.1傅里葉變換的概念2-114
6.3.2傅里葉變換的性質2-115
6.3.3卷積定理2-116
6.3.4傅里葉變換在化學與化工中的應用2-116
6.3.5拉普拉斯變換的定義2-117
6.3.6拉普拉斯變換的性質2-117
6.3.7卷積定理2-119
6.3.8拉普拉斯變換在化學與化工中的應用2-119
6.3.9z變換2-121
參考文獻2-122
7隨機對象的處理與分析方法2-123
7.1概率基礎2-123
7.1.1隨機事件與概率2-123
7.1.2抽樣數據的“描述統計”和隨機變量的“概率分布”2-125
7.2統計推斷2-137
7.2.1隨機樣本統計量及分布2-137
7.2.2參數估計2-140
7.2.3假設檢驗2-143
7.2.4回歸分析2-146
7.3試驗的設計與分析2-154
7.3.1方差分析2-155
7.3.2析因試驗設計2-158
7.3.3試驗的分批與混雜現象2-163
7.3.4部分析因試驗設計與因子的別名現象2-168
7.3.5正交試驗設計2-172
7.4隨機過程與隨機分析2-175
7.4.1隨機過程2-175
7.4.2白噪聲與隨機微積分2-177
7.4.3Ito公式與隨機微分方程2-181
7.5隨機模擬2-183
7.5.1隨機變量的模擬方法2-184
7.5.2隨機模型模擬法2-192
參考文獻2-195
8常微分方程數值解2-196
8.1常微分方程初值問題的數值解法2-196
8.1.1Euler方法2-196
8.1.2Runge-Kutta方法2-197
8.1.3算法的穩(wěn)定性2-199
8.1.4剛性問題2-200
8.1.5微分代數系統2-201
8.2常微分方程邊值問題2-202
8.2.1有限差分法2-202
8.2.2正交配置法2-204
8.2.3Galerkin有限元法2-204
參考文獻2-205
9化方法2-206
9.1化問題及性條件2-206
9.1.1化問題2-206
9.1.2性條件2-207
9.2化算法2-208
9.2.1非線性規(guī)劃問題算法2-208
9.2.2線性規(guī)劃問題算法2-213
9.2.3整數規(guī)劃問題算法2-215
9.2.4智能優(yōu)化算法2-218
參考文獻2-221
10圖論2-222
10.1圖論的基本概念2-222
10.1.1圖的定義與矩陣表示2-222
10.1.2路、連通與樹2-223
10.1.3平面圖2-225
10.1.4化學圖2-226
10.1.5具體案例：圖論解析化學反應體系——電鍍過程中的氫電極反應2-227
10.2分子圖的拓撲指標2-228
10.2.1引言2-228
10.2.2Randic指標2-230
10.2.3Hosoya指標和Merrifield-Simmons指標2-231
10.2.4Wiener指標2-232
10.3過程系統的結構分析2-233
10.3.1引言2-233
10.3.2系統分隔的樹搜索法2-235
10.3.3甲醇合成系統的分隔2-235
參考文獻2-238
11量綱分析2-239
11.1量綱齊次原則2-239
11.2π定理及其應用2-241
11.3應用舉例2-241
參考文獻2-244
12張量與連續(xù)介質力學2-245
12.1張量初步2-245
12.1.1張量的定義2-245
12.1.2逆變張量、協變張量和混合張量的定義2-245
12.1.3張量代數2-246
12.2連續(xù)介質力學2-247
12.2.1連續(xù)介質2-247
12.2.2動力學（運動）方程式2-248
12.3流體2-249
12.3.1牛頓流體2-249
12.3.2非牛頓流體2-250
12.3.3非牛頓流體物質函數的連續(xù)介質力學描述2-250
參考文獻2-251
13拓撲方法2-252
13.1拓撲空間與連續(xù)映射2-252
13.1.1拓撲空間2-252
13.1.2連續(xù)映射與同胚映射2-252
13.2幾個重要的拓撲性質2-253
13.2.1連通性2-253
13.2.2緊致性2-254
13.2.3拓撲性質與同胚2-255
13.2.4具體應用2-255
13.3同倫2-255
13.3.1引言2-255
13.3.2映射的同倫2-256
13.3.3多相反應混合物相圖分析、共沸混合物的計算2-256
參考文獻2-257
14元胞自動機2-258
14.1元胞自動機概述2-258
14.1.1引言2-258
14.1.2一維元胞自動機的定義2-259
14.1.3二維元胞自動機的定義2-260
14.1.4高維元胞自動機的定義2-261
14.2元胞自動機的應用2-262
14.2.1引言2-262
14.2.2生命游戲2-262
14.2.3元胞自動機在化學工程中的應用2-263
參考文獻2-263

第3篇化工熱力學
1引論3-2
1.1沿革3-2
1.2熱力學常用術語3-2
1.2.1系統和環(huán)境3-2
1.2.2狀態(tài)和狀態(tài)函數3-3
1.2.3過程3-3
1.2.4熱力學標準狀態(tài)3-3
1.2.5本篇若干符號規(guī)定3-4
1.3解決實際問題的框架3-4
參考文獻3-5
2熱力學基本定律3-7
2.1熱力學第零定律3-7
2.2熱力學定律3-7
2.2.1定律對化學反應的應用3-8
2.2.2定律對敞開系統的應用3-9
2.3熱力學第二定律3-10
2.4熱力學第三定律3-14
3熱力學關系式3-15
3.1熱力學基本方程3-15
3.1.1熱力學偏導數關系式3-16
3.1.2Maxwell關系式3-17
3.1.3Gibbs-Helmholtz方程3-17
3.2用pVT和Cp表達熱力學偏導數3-17
3.3偏摩爾量和Gibbs-Duhem方程3-19
3.3.1偏摩爾量3-19
3.3.2偏摩爾量和總體摩爾量的關系3-20
3.3.3Gibbs-Duhem方程3-21
3.4平衡判據和相律3-22
3.4.1平衡判據3-22
3.4.2相律3-23
3.5穩(wěn)定性判據3-23
3.6逸度和逸度系數3-29
3.6.1逸度3-29
3.6.2逸度系數3-30
3.7偏離函數和剩余函數3-31
3.7.1以p、T為獨立變量表達偏離函數和剩余函數3-32
3.7.2以V、T為獨立變量表達偏離函數和剩余函數3-32
3.8活度和活度系數3-33
3.8.1理想溶液3-33
3.8.2活度3-35
3.8.3活度系數3-36
3.9混合函數和過量函數3-38
3.10締合系統的熱力學3-40
3.10.1締合系統的化學位3-41
3.10.2締合平衡常數3-42
3.11電解質溶液的熱力學3-43
3.11.1電解質溶液的活度和活度系數3-44
3.11.2電解質溶液的滲透壓和滲透系數3-48
3.11.3活度系數和滲透系數間的關系3-49
3.11.4電解質溶液的過量函數3-50
3.12多分散系統的連續(xù)熱力學3-52
3.12.1多分散系統的偏摩爾量3-54
3.12.2多分散系統的化學位、逸度和活度3-56
3.12.3多分散系統的相平衡3-56
3.12.4多分散系統的穩(wěn)定性判據3-57
參考文獻3-58
4實驗數據和分子熱力學模型3-60
4.1實驗數據綜述3-60
4.2物性和熱化學數據的估算3-60
4.2.1臨界點、沸點、凝固點的估算3-61
4.2.2熱化學數據的Benson基團貢獻法3-62
4.2.3溶解度參數的估算3-63
4.3過量函數（活度系數）模型3-65
4.3.1Wohl型過量函數（活度系數）模型3-65
4.3.2局部組成型過量函數（活度系數）模型3-68
4.3.3過量函數（活度系數）的估算3-73
4.4電解質溶液的過量函數（活度系數）模型3-77
4.4.1Debye-Huckel模型3-77
4.4.2Pitzer模型3-77
4.4.3局部組成模型3-78
4.4.4電解質溶液的積分方程理論和微擾理論3-80
4.5高分子系統的混合亥姆霍茲函數模型3-81
4.5.1Flory-Huggins模型3-81
4.5.2修正的Freed模型3-82
4.5.3LSAFT模型3-82
4.5.4隨機共聚物的混合亥姆霍茲函數模型3-83
4.5.5高分子系統的COSMO法3-83
4.6pVT狀態(tài)方程3-84
4.6.1維里方程3-84
4.6.2立方型方程3-86
4.6.3立方型方程的混合規(guī)則3-88
4.6.4多參數方程3-90
4.6.5基于微擾理論的狀態(tài)方程3-91
4.7對應狀態(tài)原理3-94
4.7.1兩參數對應狀態(tài)方法3-94
4.7.2三參數對應狀態(tài)方法3-95
4.7.3量子流體的對應狀態(tài)方法3-97
4.7.4對應狀態(tài)原理的混合規(guī)則3-97
4.8締合系統的狀態(tài)方程3-99
4.8.1基于締合平衡的狀態(tài)方程3-99
4.8.2基于統計締合理論的狀態(tài)方程3-100
4.9高分子系統的狀態(tài)方程3-103
4.9.1胞腔模型3-103
4.9.2格子流體模型3-104
4.9.3自由連接鏈狀態(tài)方程3-105
參考文獻3-108
5過程的熱力學性質計算3-113
5.1恒溫過程3-115
5.2絕熱過程3-115
5.3恒焓過程3-117
5.4多變過程3-117
6過程的熱力學分析3-119
6.1能量衡算3-119
6.2理想功和功損失3-120
6.2.1封閉系統的理想功和功損失3-120
6.2.2敞開系統穩(wěn)流過程的理想功和功損失3-121
6.3有效能和有效能分析3-122
參考文獻3-124
7相平衡計算3-125
7.1氣液平衡計算3-126
7.1.1泡點計算3-126
7.1.2露點計算3-127
7.1.3閃蒸計算3-128
7.2液液平衡計算3-129
7.3液固平衡計算3-129
7.4電解質溶液的相平衡計算3-130
7.5多分散系統的相平衡計算3-131
7.5.1具有簡單分布函數的系統3-131
7.5.2具有任意分布函數的系統3-133
7.6高分子溶液的相平衡計算3-135
7.7氣液相平衡計算——由T、p、x推算y3-139
7.8熱力學一致性檢驗3-142
參考文獻3-144
8化學平衡3-146
8.1標準平衡常數3-146
8.1.1氣相化學反應3-146
8.1.2多相化學反應3-147
8.1.3溶液化學反應3-148
8.2由熱力學性質計算標準平衡常數3-151
8.2.1利用標準生成焓、標準熵和標準恒壓熱容計算3-151
8.2.2利用標準生成吉布斯函數、標準生成焓和標準恒壓熱容計算3-151
8.3平衡組成的計算3-152
8.3.1一般化學反應3-152
8.3.2溶液化學反應3-153
8.4各種因素對平衡組成的影響3-153
8.4.1一般化學反應的壓力影響3-153
8.4.2溶液化學反應的壓力影響3-154
8.4.3溫度影響3-154
8.5多個化學反應同時存在時的平衡3-154
8.5.1平衡常數法3-155
8.5.2小吉布斯函數法3-155
8.6化學反應的方向和限度，等溫方程3-156
參考文獻3-158
9界面與吸附現象的熱力學3-159
9.1吸附量3-159
9.1.1Guggenheim法3-159
9.1.2Gibbs法3-159
9.2界面熱力學3-160
9.2.1熱力學基本方程3-160
9.2.2平衡判據3-161
9.2.3Laplace方程3-162
9.2.4Kelvin方程3-163
9.2.5界面化學位3-163
9.2.6Gibbs吸附等溫式3-164
9.3混合物的界面張力3-164
9.3.1界面化學位法3-165
9.3.2Gibbs-Duhem方程法3-165
9.3.3實用的界面張力模型3-166
9.4分子熱力學模型3-167
9.4.1過量函數模型3-167
9.4.2界面狀態(tài)方程3-167
9.4.3實用的吸附等溫式3-168
9.5氣固吸附平衡3-169
參考文獻3-170
10電化學過程的熱力學3-171
10.1兩種電化學過程3-171
10.2電化學位3-172
10.3電池的電動勢3-172
10.3.1電動勢與活度的關系3-173
10.3.2電動勢與平衡常數的關系3-173
10.3.3電動勢與溫度的關系3-174
10.3.4電化學過程的有效能3-174
10.4膜電位與Donnan平衡3-174
11不可逆過程的熱力學3-176
11.1基本假定3-176
11.1.1局部平衡假定3-176
11.1.2不完全平衡假定3-176
11.2熵流和熵產生3-177
11.2.1離散系統的熵產生率3-177
11.2.2連續(xù)系統的熵產生率3-179
11.3廣義推動力和廣義通量3-179
11.3.1通量和推動力間的關系3-179
11.3.2Onsager倒易定理3-180
11.4應用舉例3-180
11.4.1動電現象3-180
11.4.2膜過程3-181
11.4.3連串反應的穩(wěn)態(tài)3-183
參考文獻3-184
符號說明3-185

第4篇流體流動
1流體流動的基本原理與基本方程4-2
1.1流體的物理屬性4-2
1.2流體運動學4-4
1.2.1流動的分析描述4-4
1.2.2流動的幾何描述4-4
1.2.3流體微團運動分析4-5
1.2.4流體運動的分類4-7
1.2.5二維流動與流函數4-7
1.3流體運動的守恒原理和宏觀衡算4-8
1.3.1控制體和控制面4-8
1.3.2質量守恒4-8
1.3.3能量守恒4-9
1.3.4動量守恒4-14
1.3.5動量矩守恒4-16
1.4流體運動微分方程4-17
1.4.1連續(xù)性微分方程4-17
1.4.2理想流體動量守恒微分方程4-17
1.4.3黏性流體動量方程——應力形式4-18
1.4.4奈維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程4-18
1.4.5運動方程的定解條件與無滑移條件4-19
1.5奈維-斯托克斯方程的解4-19
1.5.1精確解4-20
1.5.2近似解4-21
1.5.3數值解4-23
1.6流體動力相似與相似律4-23
1.7層流與湍流及臨界Re數4-24
1.8流動可視化與流動測量4-25
參考文獻4-26
2有旋流動與無旋流動4-28
2.1定義4-28
2.2渦旋運動特征4-28
2.3渦旋的產生、擴展與消失——黏性作用4-29
2.4典型渦旋流動——Euler方程或N-S方程解析解4-29
2.4.1二維無黏渦旋4-29
2.4.2二維黏性渦旋，黏性效應：渦量擴散與能量耗散4-30
2.5無旋運動特征與速度勢4-31
2.6無旋流理論的應用4-32
參考文獻4-33
3邊界層理論與外部繞流4-34
3.1邊界層概念及平面上的邊界層4-34
3.2曲面上的邊界層及邊界層分離4-37
3.3圓柱繞流4-39
3.3.1尾流邊界層4-39
3.3.2尾流結構隨Re變化4-40
3.4傳熱和傳質邊界層4-41
3.4.1傳熱邊界層4-41
3.4.2傳質邊界層4-44
3.5高速邊界層4-45
參考文獻4-45
4湍流理論與實驗觀測4-46
4.1湍流基本特征4-46
4.2湍流運動基本方程4-46
4.3湍流半經驗理論4-47
4.3.1Boussinesq湍流黏度4-47
4.3.2Prandtl 混合長4-48
4.3.3壁面湍流多層結構4-49
4.3.4圓管湍流速度分布4-49
4.3.5湍流邊界層4-51
4.3.6自由湍流：射流4-52
4.4湍流統計理論及其應用4-54
4.4.1湍流統計特性參數4-54
4.4.2均勻湍流及Kolmogorov理論4-58
4.5剪切湍流擬序結構4-60
4.6湍流參數的實驗測量4-62
4.6.1熱絲流速儀4-62
4.6.2激光流速儀4-63
4.6.3粒子圖像測速法4-63
4.6.4管流實驗測定結果4-63
4.7流動控制4-64
參考文獻4-65
5流動穩(wěn)定性4-66
5.1兩類不穩(wěn)定：對流/不穩(wěn)定4-66
5.2Benard渦和Benard對流4-66
5.3Marangoni對流和擴散對流4-67
5.4Taylor渦4-68
參考文獻4-69
6流體阻力計算4-70
6.1流體阻力的分類和機理4-70
6.2管路阻力4-74
6.2.1管道與管件4-74
6.2.2管路進口段壓力與剪切應力4-74
6.2.3直管阻力4-75
6.2.4局部阻力4-77
6.2.5非常規(guī)管道阻力計算4-80
6.2.6多孔管的阻力4-82
6.2.7非等溫流動的阻力4-84
6.3管路計算4-84
6.3.1簡單管路4-85
6.3.2復雜管路及管網4-88
參考文獻4-93
7流體均布4-95
7.1流動均勻性的表示方法4-95
7.2改善流體均勻分布的方法4-96
參考文獻4-99
8可壓縮流動4-100
8.1氣體流動的摩擦因子和能量方程4-100
8.2等溫流動4-100
8.3絕熱流動（等熵流動）4-101
8.4噴管中的氣體流動4-101
參考文獻4-103
9稀薄氣體動力學4-104
9.1克努森數與低壓下氣體流動狀態(tài)4-104
9.2流導、流量和抽氣速率4-105
9.3黏滯流的流導4-106
9.4分子流的流導4-106
9.5過渡流的流導4-106
9.6管路及閥門的壓降4-107
參考文獻4-107
10非定常流4-108
10.1水錘4-108
10.2汽蝕4-108
參考文獻4-109
11多孔介質中的流動4-110
11.1多孔介質結構4-110
11.2多孔介質中流動的基本定律、Darcy定律及其修正4-112
11.2.1代表性單元體積與體積平均速度4-112
11.2.2Darcy定律4-112
11.2.3Darcy 定律修正4-112
參考文獻4-113
12氣液兩相流動4-114
12.1氣泡/液滴動力學4-114
12.1.1氣泡形成過程及影響氣泡大小的因素4-114
12.1.2氣泡上升速度及其運動4-117
12.1.3液滴阻力曲線與終端速度曲線4-124
12.1.4表面活性物質效應及其相關模型4-125
12.2液膜流動4-127
12.2.1基本特性4-127
12.2.2液膜流體動力學4-128
12.3管內氣液兩相流動4-130
12.3.1基本流動參數4-130
12.3.2基本流型4-132
12.3.3持料量4-136
12.3.4氣液兩相流動壓降、兩相模型4-140
參考文獻4-146
13非牛頓流體的流動4-148
13.1按流變行為的分類4-148
13.1.1非牛頓流體的黏度4-148
13.1.2廣義牛頓流體4-149
13.1.3依時性流體（觸變性）4-151
13.1.4黏彈性流體4-151
13.2廣義牛頓流體的管內流動4-151
13.2.1充分發(fā)展的層流流動4-151
13.2.2從層流向湍流的過渡4-155
13.2.3管內湍流的速度分布4-156
13.2.4流動阻力和摩擦因子4-157
13.3非牛頓流體繞流邊界層4-161
13.4黏彈性流體的流動4-161
13.4.1黏彈性流體的特異流動行為4-161
13.4.2黏彈性流體的定常剪切行為4-162
13.4.3黏彈性流體的本構方程及其力學行為4-165
13.4.4拉伸流動4-169
13.5流變參數的實驗測定4-172
13.5.1毛細管流變儀4-172
13.5.2旋轉圓筒流變儀4-175
13.5.3錐板流變儀4-176
參考文獻4-177
14微流動4-178
14.1概述4-178
14.2微尺度效應4-178
14.3控制方程與滑移模型4-179
14.4微尺度的熱效應4-180
14.4.1熱蠕變4-180
14.4.2微泊肅葉流（Poiseuille flow）中的熱傳遞4-180
14.4.3微庫特流（Couette flow）中的熱傳遞4-181
14.5微流道及其特點4-181
參考文獻4-183
15計算流體力學4-184
15.1概述4-184
15.2計算區(qū)域及控制方程的離散化4-185
15.2.1空間區(qū)域的離散化4-185
15.2.2控制方程的離散化4-186
15.3離散方程解法4-189
15.3.1數值解的計算誤差源4-189
15.3.2離散方程的數學性質4-189
15.3.3離散方程的直接解法及迭代法4-189
15.4求解Navier-Stokes方程的壓力修正方法4-191
15.4.1交錯網格4-191
15.4.2SIMPLE算法4-191
15.5湍流模型4-192
15.5.1湍流數值模擬方法4-192
15.5.2湍流模型4-192
15.6多相流模擬4-195
15.6.1多相流的數值模擬方法4-195
15.6.2多相流數值模型4-195
15.7反應流模擬4-197
15.8其他數值方法4-197
參考文獻4-198

第5篇流體輸送
概述5-2
1流體輸送管路5-3
1.1流體輸送管路選擇的原則5-3
1.2管內介質的流速范圍5-3
1.3管徑的選擇5-6
1.3.1管徑的計算5-6
1.3.2利用算圖選管徑5-7
1.4真空管路5-10
1.5壓力管道類別、級別5-10
1.5.1GA類［長輸（油氣）管道］5-10
1.5.2GB類（公用管道）5-10
1.5.3GC類（工業(yè)管道）5-10
1.5.4GD類（動力管道）5-11
1.6《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》的管道分類5-11
參考文獻5-12
2氣體輸送機械概述5-13
2.1分類與特點5-13
2.2理論基礎5-14
2.2.1氣體狀態(tài)方程5-14
2.2.2氣體在壓縮機內的熱力狀態(tài)變化過程和壓縮功5-15
2.2.3真實氣體壓縮功計算5-16
參考文獻5-16
3容積式壓縮機5-17
3.1活塞式壓縮機5-17
3.1.1分類與結構5-17
3.1.2工作原理及主要參數5-18
3.1.3結構型式及主要零部件5-24
3.1.4活塞式壓縮機的選型5-30
3.1.5壓縮機的變工況工作5-32
3.1.6壓縮機排氣量的調節(jié)5-33
3.2其他類型壓縮機5-34
3.2.1螺桿式壓縮機5-34
3.2.2羅茨鼓風機5-37
3.2.3滑片式壓縮機5-38
3.2.4液環(huán)式壓縮機5-40
3.2.5隔膜壓縮機5-41
3.2.6超高壓壓縮機5-42
參考文獻5-44
4速度式（透平式）壓縮機5-45
4.1分類5-45
4.2離心式鼓風機與壓縮機5-45
4.2.1構造與特點5-45
4.2.2理論基礎5-46
4.2.3結構及主要零部件5-49
4.2.4選型5-54
4.2.5主要輔機與輔助設備5-56
4.2.6性能曲線、調節(jié)5-57
4.3軸流式壓縮機5-59
4.3.1結構及功能5-59
4.3.2特性曲線及其估算5-61
4.3.3調節(jié)、防喘振和安全工作區(qū)5-61
4.4通風機5-63
4.4.1化工用通風機的特殊要求5-63
4.4.2原理、結構和選型5-64
4.5復合式壓縮機5-66
4.6整體內部齒輪壓縮機5-66
4.7磁力軸承離心式壓縮機5-67
參考文獻5-69
5化工用泵5-70
5.1特點、分類及工作原理5-70
5.1.1特點5-70
5.1.2分類及工作原理5-70
5.2葉片式泵5-71
5.2.1泵的性能參數5-71
5.2.2理論基礎、基本方程5-73
5.2.3離心泵5-74
5.2.4部分流泵5-81
5.2.5旋渦泵5-82
5.2.6軸流泵5-83
5.3容積式泵5-84
5.3.1泵的基本參數5-85
5.3.2容積式泵的性能曲線和性能換算5-85
5.3.3往復泵5-87
5.3.4轉子泵5-89
5.3.5真空泵5-90
5.3.6化工特殊用泵5-93
5.4無密封離心泵5-98
5.4.1磁力泵5-98
5.4.2屏蔽泵5-101
5.5流體動密封5-105
5.5.1填料密封5-105
5.5.2機械密封5-106
5.6化工用泵的選型5-112
5.6.1選型依據5-112
5.6.2選型步驟5-113
5.6.3確定泵的臺數、備用率5-114
參考文獻5-115
6壓縮機的故障診斷技術及典型案例5-116
6.1往復壓縮機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷5-116
6.1.1大型往復壓縮機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷5-116
6.1.2往復壓縮機典型故障特征分析與診斷實例5-116
6.2離心壓縮機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷5-123
6.2.1離心壓縮機的狀態(tài)監(jiān)測5-123
6.2.2透平機械故障一次原因分析5-124
6.2.3離心壓縮機的故障診斷實例5-124
6.3往復壓縮機管線振動故障診斷案例5-128
參考文獻5-133
7工業(yè)汽輪機5-134
7.1汽輪機的基本原理和分類5-134
7.1.1汽輪機的基本工作原理5-134
7.1.2汽輪機的分類5-134
7.2工業(yè)汽輪機的結構及特點5-136
7.2.1工業(yè)汽輪機的結構5-136
7.2.2工作特點5-139
7.3工業(yè)汽輪機的調節(jié)保安系統5-143
7.3.1基本調節(jié)規(guī)律5-143
7.3.2工業(yè)汽輪機的調節(jié)系統5-145
7.3.3工業(yè)汽輪機的保安系統5-147
7.4汽輪機變工況5-149
7.4.1背壓式汽輪機的變工況5-149
7.4.2抽汽式汽輪機的變工況5-149
7.4.3變工況運行對汽輪機主要零部件強度的影響5-150
7.4.4工業(yè)汽輪機蒸汽參數波動的允許范圍5-151
7.5工業(yè)汽輪機的選型5-152
7.5.1化工用工業(yè)汽輪機型式的選擇5-152
7.5.2幾種常用的工業(yè)汽輪機特性5-152
7.5.3汽輪機型式的選擇5-153
參考文獻5-154
符號說明5-155

第6篇攪拌及混合
1概論6-2
1.1攪拌釜的結構6-2
1.1.1釜體6-2
1.1.2攪拌器6-2
1.1.3擋板6-4
1.1.4導流筒6-5
1.2攪拌釜內流體的流動特性6-5
1.2.1流型6-5
1.2.2速度分布6-6
1.2.3湍流特性6-6
1.3攪拌過程常用的無量綱數群及其意義6-10
1.4攪拌效果的量度及其影響因素6-12
參考文獻6-13
2攪拌槳的分類及其特性6-14
2.1按流動的形態(tài)分類6-14
2.1.1軸向流攪拌槳6-14
2.1.2徑向流攪拌槳6-18
2.2適用于高黏度流體的槳型6-20
2.2.1錨式槳及框式槳6-20
2.2.2螺桿式槳及螺帶式槳6-21
參考文獻6-24
3低黏度互溶液體的混合6-25
3.1過程的特征及其基本原理6-25
3.2槳型的選擇6-25
3.3設計計算6-26
3.4多層槳6-28
4高黏度液體的混合6-29
4.1高黏度液體的混合機理6-29
4.2高黏度液體攪拌槳的混合性能6-29
4.2.1混合性能指標6-29
4.2.2各種攪拌槳的混合性能6-30
4.3非牛頓流體的混合6-32
4.3.1非牛頓流體的分類6-32
4.3.2非牛頓流體性質對混合的影響6-33
4.4攪拌槳型式的選擇6-33
4.5牛頓流體的攪拌功率6-33
4.5.1錨式攪拌槳的攪拌功率6-33
4.5.2螺帶式攪拌槳的攪拌功率6-34
4.5.3多種型式高黏度攪拌槳的KP值6-34
4.6非牛頓流體的攪拌功率6-35
4.6.1假塑性流體的攪拌功率6-35
4.6.2賓漢塑性流體的攪拌功率6-41
4.6.3觸變性流體的攪拌功率6-42
4.6.4黏彈性流體的混合及功率6-42
參考文獻6-44
5固液懸浮6-45
5.1過程特征及其基本原理6-45
5.1.1固體顆粒懸浮狀態(tài)6-45
5.1.2固體顆粒的沉降速度6-45
5.1.3固液懸浮機理6-47
5.2攪拌設備選型6-47
5.2.1攪拌槳的型式6-47
5.2.2攪拌槳參數的確定6-47
5.2.3攪拌釜的結構6-48
5.3攪拌槳的工藝設計6-48
5.3.1懸浮臨界轉速6-48
5.3.2工藝設計6-50
5.3.3固液懸浮攪拌槳設計實例6-51
5.4帶導流筒的攪拌釜6-53
5.4.1流動特性6-53
5.4.2攪拌槳型式6-53
5.4.3導流筒直徑與釜直徑之比6-53
5.4.4固液傳質6-54
參考文獻6-55
6氣液分散6-56
6.1過程特征6-56
6.1.1通氣式氣液攪拌器及其釜體結構6-56
6.1.2自吸式氣液攪拌器及釜體結構6-57
6.2氣液攪拌釜的分散特性6-59
6.2.1攪拌釜內的氣液流動狀態(tài)6-59
6.2.2通氣速度6-60
6.2.3氣泡直徑、氣含率、比表面積6-60
6.3氣液攪拌釜的傳質特性6-62
6.4攪拌器型式的選擇6-63
6.5通氣時的功率計算6-63
6.5.1通氣功率6-63
6.5.2不通氣時的功率確定6-65
參考文獻6-68
7液液分散6-70
7.1過程特征6-70
7.2液液攪拌釜的分散特性6-71
7.3槳型選擇與釜體結構6-73
7.4達到要求的分散程度所需的攪拌功率6-73
參考文獻6-76
8氣液固三相混合6-77
8.1過程特征6-77
8.2氣液固三相混合原理6-77
8.2.1氣液分散6-77
8.2.2固體顆粒懸浮6-78
8.3攪拌設備選型6-79
參考文獻6-79
9粉體混合6-81
9.1過程特征6-81
9.2粉體混合特性6-81
9.3粉體混合設備的設計6-83
參考文獻6-86
10攪拌釜的傳熱6-88
10.1攪拌釜內壁傳熱膜系數h的計算6-88
10.1.1渦輪類攪拌槳、帶擋板釜6-88
10.1.2渦輪類攪拌槳、無擋板釜6-88
10.1.3三葉推進式攪拌槳6-89
10.1.4六葉后彎式攪拌槳6-89
10.1.5MIG攪拌槳6-89
10.1.6螺帶式攪拌槳6-89
10.2攪拌釜內盤管外側傳熱膜系數hi的計算6-92
10.2.1渦輪攪拌槳、無擋板釜6-92
10.2.2渦輪攪拌槳、有擋板釜6-92
10.2.3三葉推進式攪拌槳6-92
10.2.4六葉后彎式攪拌槳6-92
10.2.5雙層盤管6-92
10.3攪拌釜內垂直管外壁傳熱膜系數hc的計算6-92
10.4攪拌釜內垂直板式蛇管的傳熱膜系數h′c的計算6-93
10.5計算實例6-93
11攪拌釜的CFD模擬與優(yōu)化6-95
11.1攪拌釜內流動場的CFD模擬6-95
11.1.1單相流場6-95
11.1.2多相流場6-98
11.2攪拌釜內濃度場的CFD模擬6-101
11.2.1相內質量傳遞6-101
11.2.2相際質量傳遞6-101
11.3攪拌釜內溫度場的CFD模擬6-103
11.4攪拌釜內反應過程的CFD模擬6-104
參考文獻6-105
12攪拌釜的放大6-106
12.1前言6-106
12.2攪拌釜放大的準則及方法6-106
12.3幾何相似放大時攪拌性能參數的變化關系6-107
12.4互溶液體混合過程的放大6-108
12.4.1幾何相似放大6-108
12.4.2非幾何相似放大6-108
12.5氣液分散、液液分散過程的放大6-110
12.6固液懸浮過程的放大6-111
12.7氣液固三相體系的放大6-111
參考文獻6-113
13混合過程強化新技術6-114
13.1動靜轉子混合技術6-114
13.1.1動靜轉子反應器的原理6-114
13.1.2動靜轉子反應器6-114
13.1.3研究方法6-114
13.1.4應用6-116
13.2高速撞擊流混合技術6-117
13.2.1撞擊流技術原理6-117
13.2.2撞擊流的特性6-117
13.2.3撞擊流技術的研究6-118
13.2.4撞擊流的應用6-119
13.3微通道混合技術6-120
13.3.1微通道混合技術的原理及特點6-120
13.3.2微通道反應器6-121
13.3.3應用6-121
13.4旋轉填充床混合技術6-122
13.4.1旋轉填充床技術的原理6-122
13.4.2旋轉填充床反應器6-123
13.4.3旋轉填充床的研究6-125
13.4.4旋轉填充床的應用6-125
參考文獻6-126

符號說明6-128

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