化工传递原理教程

第1篇传递过程微分衡算方程001
第1章传递过程控制方程的建立002
1.1基本概念002
1.1.1连续介质假定002
1.1.2描述流体运动的方法及随体导数003
1.1.3迹线与流线008
1.1.4系统与控制体009
1.1.5现象方程及其相似性010
1.2单组分体系微分质量衡算方程——连续性方程014
1.2.1连续性方程的推导014
1.2.2连续性方程的简化017
1.3多组分体系微分质量衡算方程——质量传递微分方程018
1.3.1描述质量分子扩散现象的数学表达式018
1.3.2质量传递微分方程的推导及简化023
1.4微分动量衡算方程026
1.4.1以应力表示的微分动量衡算方程026
1.4.2黏性流体的运动微分方程——纳维-斯托克斯方程034
1.5微分能量衡算方程037
1.5.1采用欧拉观点推导微分能量衡算方程038
1.5.2采用拉格朗日观点推导微分能量衡算方程041
1.5.3能量方程的简化042
1.6定解条件044
1.6.1初始条件044
1.6.2边界条件044
1.7本章小结与应用046
1.7.1本章小结046
1.7.2本章应用举例047
1.7.3课堂/课外讨论051
1.7.4思考题051
习题051

第2篇传递微分方程在动量传递中的应用053
第2章运动方程的解054
2.1流体在两平板间作等温稳态层流055
2.2流体在圆管与套管环隙中作等温稳态层流058
2.2.1流体在圆管内流动058
2.2.2套管环隙内的轴向流动061
2.2.3套管环隙内的周向稳态流动063
2.3降膜流动066
2.4爬流067
2.5无黏性流动070
2.5.1欧拉方程070
2.5.2流体的点旋度071
2.5.3流函数071
2.5.4圆柱稳态绕流074
2.5.5速度势函数076
2.5.6流函数与速度势函数的关系076
2.6非稳态流动078
2.7本章小结与应用080
2.7.1本章小结080
2.7.2应用举例082
2.7.3课堂/课外讨论085
2.7.4思考题085
习题085

第3章边界层理论088
3.1普朗特边界层理论088
3.2流动边界层的形成和发展089
3.3普朗特边界层方程092
3.3.1普朗特边界层动量微分方程092
3.3.2平板层流边界层的精确解095
3.4卡门边界层方程100
3.4.1卡门边界层动量积分方程100
3.4.2平板层流边界层的近似解103
3.5边界层的分离107
3.5.1边界层分离现象107
3.5.2边界层分离的条件108
3.6本章小结与应用110
3.6.1本章小结110
3.6.2应用举例111
3.6.3课堂/课外讨论114
3.6.4思考题114
习题115

第4章湍流运动的基本方程与湍流理论117
4.1湍流概述及湍流的统计平均117
4.1.1湍流的基本特性117
4.1.2临界雷诺数118
4.1.3湍流的描述119
4.2湍流的基本方程121
4.2.1时均运算法则122
4.2.2湍流连续性方程123
4.2.3湍流时均动量方程——雷诺方程123
4.2.4雷诺应力124
4.3普朗特混合长理论126
4.3.1涡黏性假设126
4.3.2普朗特混合长理论126
4.3.3普朗特混合长理论应用于无限大平壁湍流流动128
4.4圆管中的稳态湍流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平壁湍流边界层的近似解137
4.5.1卡门边界层动量积分方程在平壁湍流边界层中的应用137
4.5.2层流底层厚度的估算138
4.5.3壁面上剪应力τw和范宁摩擦因子f139
4.5.4平壁混合边界层的近似计算140
4.6本章小结与应用141
4.6.1本章小结141
4.6.2应用举例142
4.6.3课堂/课外讨论147
4.6.4思考题148
习题148

第3篇传递微分方程在热量传递中的应用150
第5章微分能量衡算方程在热传导中的解151
5.1稳态导热151
5.1.1一维稳态导热151
5.1.2二维稳态导热162
5.2非稳态导热169
5.2.1非稳态导热概述169
5.2.2半无限厚介质的非稳态导热170
5.2.3有限厚介质的非稳态导热176
5.2.4多维非稳态导热185
5.2.5热量扩散系数等参数的测定191
5.3本章小结与应用200
5.3.1本章小结200
5.3.2应用举例200
5.3.3课堂/课外讨论203
5.3.4思考题204
习题204

第6章对流传热206
6.1对流传热概述206
6.1.1对流传热的影响因素及分类206
6.1.2对流传热的研究方法207
6.2对流传热机理与对流传热系数207
6.2.1对流传热机理207
6.2.2温度边界层（热边界层）208
6.2.3对流传热系数209
6.3对流传热微分方程组及无量纲数群211
6.3.1对流传热的微分方程组211
6.3.2对流传热中的无量纲数群及其物理意义212
6.4平板壁面对流传热216
6.4.1平板壁面上层流传热的精确解216
6.4.2平板壁面上层流传热的近似解221
6.4.3平板壁面上湍流传热的近似解226
6.5管内对流传热229
6.5.1管内强制层流传热的理论分析229
6.5.2管内对流传热的量纲分析234
6.5.3管内湍流传热的类似律237
6.6自然对流传热242
6.6.1自然对流系统的运动方程和能量方程242
6.6.2自然对流系统的对流传热系数243
6.7本章小结与应用245
6.7.1本章小结245
6.7.2应用举例245
6.7.3课堂/课外讨论250
6.7.4思考题250
习题251

第7章热辐射254
7.1热辐射的基本定律254
7.1.1热辐射的基本概念254
7.1.2热辐射的基本定律256
7.1.3实际物体的热辐射特性259
7.2辐射换热计算264
7.2.1黑体表面间的辐射换热264
7.2.2灰体表面间的辐射换热270
7.2.3辐射换热的网络方法272
7.2.4气体辐射275
7.2.5气体与围壁表面间的辐射换热280
7.3本章小结与应用281
7.3.1本章小结281
7.3.2应用举例281
7.3.3课堂/课外讨论283
7.3.4思考题283
习题284

第4篇传递微分方程在质量传递中的应用286
第8章分子扩散287
8.1分子扩散机理287
8.2分子扩散系数的测定与计算289
8.2.1气体扩散系数289
8.2.2液体扩散系数291
8.2.3固体中的扩散系数292
8.3通过静止气膜的扩散293
8.4下降液膜中的扩散294
8.4.1气体吸收295
8.4.2固体溶解297
8.5多孔催化剂内的扩散298
8.6伴有化学反应的分子扩散300
8.6.1伴有均相化学反应的分子扩散301
8.6.2伴有多相化学反应的分子扩散302
8.7本章小结与应用304
8.7.1本章小结304
8.7.2应用举例304
8.7.3课堂/课外讨论307
8.7.4思考题307
习题307

第9章对流传质309
9.1对流传质机理与对流传质系数309
9.1.1对流传质机理309
9.1.2对流传质系数311
9.2稳态层流传质314
9.2.1平板壁面上的层流传质314
9.2.2圆管中的层流传质316
9.3湍流传质318
9.3.1时均浓度和脉动浓度319
9.3.2湍流质量通量的半经验式319
9.3.3平壁上的湍流传质320
9.4本章小结与应用321
9.4.1本章小结321
9.4.2应用举例321
9.4.3课堂/课外讨论324
9.4.4思考题324
习题324

第10章相际传质326
10.1相际平衡和平衡浓度326
10.2相际对流传质模型326
10.2.1停滞膜模型327
10.2.2溶质渗透模型327
10.2.3表面更新模型329
10.3伴有化学反应的相际传质过程331
10.3.1体积传质系数的估算331
10.3.2伴有快速反应的吸收334
10.4界面力对质量传递的影响335
10.4.1上升气泡中循环的消除337
10.4.2降膜的Marangoni不稳定性337
10.5本章小结与应用339
10.5.1本章小结339
10.5.2应用举例339
10.5.3课堂/课外讨论340
10.5.4思考题340
习题340

第5篇传递现象相似341
第11章传递现象类似律342
11.1动量、热量和质量传递类比概述342
11.2类比的特征数343
11.3雷诺类似律344
11.3.1层流雷诺类似律344
11.3.2湍流雷诺类似律346
11.3.3雷诺类似律的实质及准数的物理意义347
11.4普朗特-泰勒类似律348
11.5卡门类似律351
11.6j因子类似律354
11.7速度、温度和浓度边界层的类似355
11.8非稳态下的三传类比357
11.9本章小结与应用359
11.9.1本章小结359
11.9.2应用举例360
11.9.3课堂/课外讨论363
11.9.4思考题363
习题364

附录365
附录A误差函数表365
附录B非稳态传递问题解的图示366
附录C贝塞尔函数表376
附录D二元体系的质量扩散系数377
附录E双曲函数表379

参考文献382