化工傳遞原理教程

第1篇傳遞過程微分衡算方程001
第1章傳遞過程控制方程的建立002
1.1基本概念002
1.1.1連續(xù)介質(zhì)假定002
1.1.2描述流體運(yùn)動(dòng)的方法及隨體導(dǎo)數(shù)003
1.1.3跡線與流線008
1.1.4系統(tǒng)與控制體009
1.1.5現(xiàn)象方程及其相似性010
1.2單組分體系微分質(zhì)量衡算方程——連續(xù)性方程014
1.2.1連續(xù)性方程的推導(dǎo)014
1.2.2連續(xù)性方程的簡(jiǎn)化017
1.3多組分體系微分質(zhì)量衡算方程——質(zhì)量傳遞微分方程018
1.3.1描述質(zhì)量分子擴(kuò)散現(xiàn)象的數(shù)學(xué)表達(dá)式018
1.3.2質(zhì)量傳遞微分方程的推導(dǎo)及簡(jiǎn)化023
1.4微分動(dòng)量衡算方程026
1.4.1以應(yīng)力表示的微分動(dòng)量衡算方程026
1.4.2黏性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程——納維-斯托克斯方程034
1.5微分能量衡算方程037
1.5.1采用歐拉觀點(diǎn)推導(dǎo)微分能量衡算方程038
1.5.2采用拉格朗日觀點(diǎn)推導(dǎo)微分能量衡算方程041
1.5.3能量方程的簡(jiǎn)化042
1.6定解條件044
1.6.1初始條件044
1.6.2邊界條件044
1.7本章小結(jié)與應(yīng)用046
1.7.1本章小結(jié)046
1.7.2本章應(yīng)用舉例047
1.7.3課堂/課外討論051
1.7.4思考題051
習(xí)題051

第2篇傳遞微分方程在動(dòng)量傳遞中的應(yīng)用053
第2章運(yùn)動(dòng)方程的解054
2.1流體在兩平板間作等溫穩(wěn)態(tài)層流055
2.2流體在圓管與套管環(huán)隙中作等溫穩(wěn)態(tài)層流058
2.2.1流體在圓管內(nèi)流動(dòng)058
2.2.2套管環(huán)隙內(nèi)的軸向流動(dòng)061
2.2.3套管環(huán)隙內(nèi)的周向穩(wěn)態(tài)流動(dòng)063
2.3降膜流動(dòng)066
2.4爬流067
2.5無黏性流動(dòng)070
2.5.1歐拉方程070
2.5.2流體的點(diǎn)旋度071
2.5.3流函數(shù)071
2.5.4圓柱穩(wěn)態(tài)繞流074
2.5.5速度勢(shì)函數(shù)076
2.5.6流函數(shù)與速度勢(shì)函數(shù)的關(guān)系076
2.6非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)078
2.7本章小結(jié)與應(yīng)用080
2.7.1本章小結(jié)080
2.7.2應(yīng)用舉例082
2.7.3課堂/課外討論085
2.7.4思考題085
習(xí)題085

第3章邊界層理論088
3.1普朗特邊界層理論088
3.2流動(dòng)邊界層的形成和發(fā)展089
3.3普朗特邊界層方程092
3.3.1普朗特邊界層動(dòng)量微分方程092
3.3.2平板層流邊界層的精確解095
3.4卡門邊界層方程100
3.4.1卡門邊界層動(dòng)量積分方程100
3.4.2平板層流邊界層的近似解103
3.5邊界層的分離107
3.5.1邊界層分離現(xiàn)象107
3.5.2邊界層分離的條件108
3.6本章小結(jié)與應(yīng)用110
3.6.1本章小結(jié)110
3.6.2應(yīng)用舉例111
3.6.3課堂/課外討論114
3.6.4思考題114
習(xí)題115

第4章湍流運(yùn)動(dòng)的基本方程與湍流理論117
4.1湍流概述及湍流的統(tǒng)計(jì)平均117
4.1.1湍流的基本特性117
4.1.2臨界雷諾數(shù)118
4.1.3湍流的描述119
4.2湍流的基本方程121
4.2.1時(shí)均運(yùn)算法則122
4.2.2湍流連續(xù)性方程123
4.2.3湍流時(shí)均動(dòng)量方程——雷諾方程123
4.2.4雷諾應(yīng)力124
4.3普朗特混合長(zhǎng)理論126
4.3.1渦黏性假設(shè)126
4.3.2普朗特混合長(zhǎng)理論126
4.3.3普朗特混合長(zhǎng)理論應(yīng)用于無限大平壁湍流流動(dòng)128
4.4圓管中的穩(wěn)態(tài)湍流130
4.4.1光滑管中的湍流130
4.4.2粗糙管中的湍流133
4.5平壁湍流邊界層的近似解137
4.5.1卡門邊界層動(dòng)量積分方程在平壁湍流邊界層中的應(yīng)用137
4.5.2層流底層厚度的估算138
4.5.3壁面上剪應(yīng)力τw和范寧摩擦因子f139
4.5.4平壁混合邊界層的近似計(jì)算140
4.6本章小結(jié)與應(yīng)用141
4.6.1本章小結(jié)141
4.6.2應(yīng)用舉例142
4.6.3課堂/課外討論147
4.6.4思考題148
習(xí)題148

第3篇傳遞微分方程在熱量傳遞中的應(yīng)用150
第5章微分能量衡算方程在熱傳導(dǎo)中的解151
5.1穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱151
5.1.1一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱151
5.1.2二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱162
5.2非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱169
5.2.1非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱概述169
5.2.2半無限厚介質(zhì)的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱170
5.2.3有限厚介質(zhì)的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱176
5.2.4多維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱185
5.2.5熱量擴(kuò)散系數(shù)等參數(shù)的測(cè)定191
5.3本章小結(jié)與應(yīng)用200
5.3.1本章小結(jié)200
5.3.2應(yīng)用舉例200
5.3.3課堂/課外討論203
5.3.4思考題204
習(xí)題204

第6章對(duì)流傳熱206
6.1對(duì)流傳熱概述206
6.1.1對(duì)流傳熱的影響因素及分類206
6.1.2對(duì)流傳熱的研究方法207
6.2對(duì)流傳熱機(jī)理與對(duì)流傳熱系數(shù)207
6.2.1對(duì)流傳熱機(jī)理207
6.2.2溫度邊界層（熱邊界層）208
6.2.3對(duì)流傳熱系數(shù)209
6.3對(duì)流傳熱微分方程組及無量綱數(shù)群211
6.3.1對(duì)流傳熱的微分方程組211
6.3.2對(duì)流傳熱中的無量綱數(shù)群及其物理意義212
6.4平板壁面對(duì)流傳熱216
6.4.1平板壁面上層流傳熱的精確解216
6.4.2平板壁面上層流傳熱的近似解221
6.4.3平板壁面上湍流傳熱的近似解226
6.5管內(nèi)對(duì)流傳熱229
6.5.1管內(nèi)強(qiáng)制層流傳熱的理論分析229
6.5.2管內(nèi)對(duì)流傳熱的量綱分析234
6.5.3管內(nèi)湍流傳熱的類似律237
6.6自然對(duì)流傳熱242
6.6.1自然對(duì)流系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程和能量方程242
6.6.2自然對(duì)流系統(tǒng)的對(duì)流傳熱系數(shù)243
6.7本章小結(jié)與應(yīng)用245
6.7.1本章小結(jié)245
6.7.2應(yīng)用舉例245
6.7.3課堂/課外討論250
6.7.4思考題250
習(xí)題251

第7章熱輻射254
7.1熱輻射的基本定律254
7.1.1熱輻射的基本概念254
7.1.2熱輻射的基本定律256
7.1.3實(shí)際物體的熱輻射特性259
7.2輻射換熱計(jì)算264
7.2.1黑體表面間的輻射換熱264
7.2.2灰體表面間的輻射換熱270
7.2.3輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)方法272
7.2.4氣體輻射275
7.2.5氣體與圍壁表面間的輻射換熱280
7.3本章小結(jié)與應(yīng)用281
7.3.1本章小結(jié)281
7.3.2應(yīng)用舉例281
7.3.3課堂/課外討論283
7.3.4思考題283
習(xí)題284

第4篇傳遞微分方程在質(zhì)量傳遞中的應(yīng)用286
第8章分子擴(kuò)散287
8.1分子擴(kuò)散機(jī)理287
8.2分子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定與計(jì)算289
8.2.1氣體擴(kuò)散系數(shù)289
8.2.2液體擴(kuò)散系數(shù)291
8.2.3固體中的擴(kuò)散系數(shù)292
8.3通過靜止氣膜的擴(kuò)散293
8.4下降液膜中的擴(kuò)散294
8.4.1氣體吸收295
8.4.2固體溶解297
8.5多孔催化劑內(nèi)的擴(kuò)散298
8.6伴有化學(xué)反應(yīng)的分子擴(kuò)散300
8.6.1伴有均相化學(xué)反應(yīng)的分子擴(kuò)散301
8.6.2伴有多相化學(xué)反應(yīng)的分子擴(kuò)散302
8.7本章小結(jié)與應(yīng)用304
8.7.1本章小結(jié)304
8.7.2應(yīng)用舉例304
8.7.3課堂/課外討論307
8.7.4思考題307
習(xí)題307

第9章對(duì)流傳質(zhì)309
9.1對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理與對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)309
9.1.1對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理309
9.1.2對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)311
9.2穩(wěn)態(tài)層流傳質(zhì)314
9.2.1平板壁面上的層流傳質(zhì)314
9.2.2圓管中的層流傳質(zhì)316
9.3湍流傳質(zhì)318
9.3.1時(shí)均濃度和脈動(dòng)濃度319
9.3.2湍流質(zhì)量通量的半經(jīng)驗(yàn)式319
9.3.3平壁上的湍流傳質(zhì)320
9.4本章小結(jié)與應(yīng)用321
9.4.1本章小結(jié)321
9.4.2應(yīng)用舉例321
9.4.3課堂/課外討論324
9.4.4思考題324
習(xí)題324

第10章相際傳質(zhì)326
10.1相際平衡和平衡濃度326
10.2相際對(duì)流傳質(zhì)模型326
10.2.1停滯膜模型327
10.2.2溶質(zhì)滲透模型327
10.2.3表面更新模型329
10.3伴有化學(xué)反應(yīng)的相際傳質(zhì)過程331
10.3.1體積傳質(zhì)系數(shù)的估算331
10.3.2伴有快速反應(yīng)的吸收334
10.4界面力對(duì)質(zhì)量傳遞的影響335
10.4.1上升氣泡中循環(huán)的消除337
10.4.2降膜的Marangoni不穩(wěn)定性337
10.5本章小結(jié)與應(yīng)用339
10.5.1本章小結(jié)339
10.5.2應(yīng)用舉例339
10.5.3課堂/課外討論340
10.5.4思考題340
習(xí)題340

第5篇傳遞現(xiàn)象相似341
第11章傳遞現(xiàn)象類似律342
11.1動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞類比概述342
11.2類比的特征數(shù)343
11.3雷諾類似律344
11.3.1層流雷諾類似律344
11.3.2湍流雷諾類似律346
11.3.3雷諾類似律的實(shí)質(zhì)及準(zhǔn)數(shù)的物理意義347
11.4普朗特-泰勒類似律348
11.5卡門類似律351
11.6j因子類似律354
11.7速度、溫度和濃度邊界層的類似355
11.8非穩(wěn)態(tài)下的三傳類比357
11.9本章小結(jié)與應(yīng)用359
11.9.1本章小結(jié)359
11.9.2應(yīng)用舉例360
11.9.3課堂/課外討論363
11.9.4思考題363
習(xí)題364

附錄365
附錄A誤差函數(shù)表365
附錄B非穩(wěn)態(tài)傳遞問題解的圖示366
附錄C貝塞爾函數(shù)表376
附錄D二元體系的質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)377
附錄E雙曲函數(shù)表379

參考文獻(xiàn)382