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第1章 工程原理和单位导论3

1.1 传递过程和分离过程（单元操作）的分类3

1.1.1 概述3

1.1.2 基本的传递过程3

1.1.3 分离过程的分类3

1.1.4 上篇和下篇的编排4

1.2 本书中使用的SI基本单位制和其他单位制4

1.2.1 SI单位制5

1.2.2 厘米-克-秒单位制5

1.2.3 英尺-磅-秒单位制6

1.2.4 量纲均一方程和一致单位6

1.3 温度和组成的表示方法6

1.3.1 温度6

1.3.2 摩尔单位，重量和质量单位7

1.3.3 液体的浓度单位8

1.4 气体定律和蒸气压8

1.4.1 压力8

1.4.2 理想气体定律8

1.4.3 理想气体混合物9

1.4.4 液体的蒸气压和沸点10

1.5 质量守恒和物料衡算10

1.5.1 质量守恒10

1.5.2 简单物料衡算11

1.5.3 物料衡算和循环12

1.5.4 物料衡算和化学反应13

1.6 能量和热量单位14

1.6.1 焦耳、卡和Btu（英热单位）14

1.6.2 比热容15

1.6.3 潜热和蒸气表17

1.6.4 反应热18

1.7 能量守恒和热量衡算19

1.7.1 能量守恒19

1.7.2 热量衡算19

1.8 积分的数值方法23

1.8.1 数值积分法概述23

1.8.2 数值积分和辛普森法23

习题24

参考文献28

第2章 动量传递原理和总衡算29

2.1 概述29

2.2 流体静力学29

2.2.1 力、单位和量纲29

2.2.2 流体中的压力31

2.2.3 流体的压头32

2.2.4 测定压力和压差的装置33

2.3 动量、热量和质量传递的分子传递通式36

2.3.1 分子传递通用方程和通用性质衡算式36

2.3.2 分子传递概述39

2.4 流体的黏度40

2.4.1 牛顿定律和黏度40

2.4.2 流体中的动量传递42

2.4.3 牛顿流体的黏度42

2.5 流体流动的类型及雷诺数43

2.5.1 流体流动类型概述43

2.5.2 层流和湍流43

2.5.3 雷诺数45

2.6 总质量衡算和连续方程46

2.6.1 概述和简单的质量衡算46

2.6.2 衡算的控制体积47

2.6.3 总质量衡算方程48

2.6.4 用于总质量衡算的平均速度51

2.7 总能量衡算52

2.7.1 概述52

2.7.2 总能量衡算方程的推导52

2.7.3 定态流动系统的总能量衡算53

2.7.4 动能速率校正因子α54

2.7.5 总能量衡算方程的应用55

2.7.6 总机械能衡算58

2.7.7 机械能衡算的伯努利方程61

2.8 总动量衡算63

2.8.1 通用方程的推导63

2.8.2 一维流动系统的总动量衡算65

2.8.3 二维总动量衡算67

2.8.4 自由射流撞击固定翼的总动量衡算69

2.9 层流薄层的动量衡算和速度分布70

2.9.1 概述70

2.9.2 管内薄层的动量衡算70

2.9.3 降膜薄层的动量衡算73

2.10 管内层流和湍流的设计方程75

2.10.1 管内的速度分布75

2.10.2 层流中的压降和摩擦损失76

2.10.3 湍流的压降和摩擦因子79

2.10.4 气体流动的压降和摩擦因子82

2.10.5 热量传递对摩擦因子的影响83

2.10.6 膨胀、收缩和管路配件中的摩擦损失83

2.10.7 非圆形管道的摩擦损失89

2.10.8 管子的进口段90

2.10.9 管子尺寸的选择91

2.11 气体的可压缩流动91

2.11.1 概述和管内流动基本方程91

2.11.2 等温可压缩流动92

2.11.3 绝热可压缩流动93

习题94

参考文献101

第3章 动量传递原理及应用102

3.1 通过浸没物体、填充床、流化床的流动102

3.1.1 通过浸没物体流动的曳力系数定义102

3.1.2 绕过圆球、长圆柱和圆盘的流体流动104

3.1.3 填充床中的流动105

3.1.4 流化床内的流动110

3.2 流体流动的测定115

3.2.1 毕托管115

3.2.2 文丘里管流量计117

3.2.3 孔板流量计118

3.2.4 测流嘴流量计120

3.2.5 可变截面流量计（转子流量计）121

3.2.6 其他类型的流量计121

3.2.7 敞开流道中的流体流动及堰式流量计122

3.3 泵和气体输送设备123

3.3.1 概述123

3.3.2 泵123

3.3.3 气体输送机械127

3.3.4 气体压缩方程129

3.4 流体的搅拌和混合及其动力设备131

3.4.1 搅拌的目的131

3.4.2 搅拌设备131

3.4.3 搅拌中的流型134

3.4.4 涡流的典型“标准”设计134

3.4.5 用于搅拌的功率134

3.4.6 搅拌器的放大137

3.4.7 互溶液体的混合时间139

3.4.8 搅拌的流动数群和循环流率142

3.4.9 特殊搅拌系统142

3.4.10 粉末、黏性物质和糊状物的混合143

3.5 非牛顿流体144

3.5.1 非牛顿流体的类型144

3.5.2 黏性不随时间变化的流体145

3.5.3 时变性流体145

3.5.4 黏弹性流体146

3.5.5 非时变性非牛顿流体的层流流动146

3.5.6 层流流动的收缩、膨胀和管件中的摩擦损失149

3.5.7 湍流和通用摩擦因子149

3.5.8 非牛顿流体的速度分布151

3.5.9 用旋转黏度计确定非牛顿流体的流动性质154

3.5.10 非牛顿流体搅拌和混合中要求的动力155

3.6 连续性微分方程156

3.6.1 概述156

3.6.2 各种类型的时间导数关系及向量符号157

3.6.3 连续性微分方程158

3.7 动量传递或运动微分方程161

3.7.1 动量传递方程的推导161

3.7.2 密度和黏度变化的牛顿流体的运动方程163

3.7.3 密度和黏度恒定的牛顿流体的运动方程164

3.8 连续性和运动微分方程的应用165

3.8.1 概述165

3.8.2 平行板间流体流动的连续性和运动微分方程166

3.8.3 静止和旋转圆筒中流体流动的连续性和运动微分方程168

3.9 求解运动方程的其他方法173

3.9.1 概述173

3.9.2 流线函数173

3.9.3 理想流体（非黏性流动）的运动微分方程174

3.9.4 势流和速度势174

3.9.5 爬流的运动微分方程178

3.10 边界层流动及湍流179

3.10.1 边界层流动179

3.10.2 边界层分离和尾迹的形成179

3.10.3 层流和边界层理论180

3.10.4 湍流的特性和强度182

3.10.5 湍流剪切或雷诺应力183

3.10.6 Prandtl混合长度184

3.10.7 湍流中的通用速度分布185

3.10.8 边界层分析的积分动量衡算187

3.11 动量传递中的量纲分析189

3.11.1 微分方程的量纲分析189

3.11.2 利用Buckingham方法的量纲分析190

习题192

参考文献198

第4章 定态传热的基本原理201

4.1 传热的概述及机理201

4.1.1 定态传热的概述201

4.1.2 传热的基本机理202

4.1.3 热传导的傅里叶定律202

4.1.4 导热系数203

4.1.5 对流传热系数205

4.2 传导传热205

4.2.1 通过平板或壁的传导205

4.2.2 通过中空圆柱的传导206

4.2.3 通过中空球的传导208

4.3 通过串联固体壁的传导208

4.3.1 串联的平壁208

4.3.2 多层圆筒210

4.3.3 通过并联材料的传导211

4.3.4 对流和传导相结合的过程及总系数212

4.3.5 有内部生成热的传导过程214

4.3.6 圆柱保温层的临界厚度216

4.3.7 界面上的接触阻力217

4.4 定态传导及形状因子218

4.4.1 二维传导的概述及图解方法218

4.4.2 传导中的形状因子219

4.5 管内的强制对流传热220

4.5.1 概述及无量纲特征数220

4.5.2 管内层流的传热系数221

4.5.3 管内湍流的传热系数222

4.5.4 管内过渡流的传热系数224

4.5.5 非圆管的传热系数224

4.5.6 进口区对传热系数的影响226

4.5.7 液体金属传热系数226

4.5.8 对数平均温差及变化的温降227

4.6 强制对流中各种几何体外部的传热231

4.6.1 概述231

4.6.2 平行于平板的流动231

4.6.3 轴线垂直于流体流动方向的圆筒232

4.6.4 绕过单个球的流动233

4.6.5 绕过列管或圆柱的流动233

4.6.6 填充床中流动流体的热量传递236

4.7 自然对流传热236

4.7.1 概述236

4.7.2 由各种几何体的自然对流237

4.8 沸腾和冷凝242

4.8.1 沸腾242

4.8.2 冷凝245

4.9 换热器249

4.9.1 换热器的类型249

4.9.2 对数平均温差关联因子250

4.9.3 换热器效率253

4.9.4 污垢因子及典型的总U值256

4.10 辐射传热概述257

4.10.1 辐射概述及基本方程257

4.10.2 从周围环境到小物体上的辐射259

4.10.3 辐射和对流结合的热量传递过程260

4.10.4 辐射对气体温度测定的影响262

4.11 近代辐射传热原理263

4.11.1 概述及辐射频谱263

4.11.2 各种几何体辐射角系数的推导265

4.11.3 表面与再反射壁连接时的角系数272

4.11.4 角系数和灰体272

4.11.5 吸收气体中的辐射274

4.12 非牛顿流体的热量传递277

4.12.1 概述277

4.12.2 管内的传热277

4.12.3 自然对流279

4.13 特殊的传热系数279

4.13.1 搅拌槽中的传热279

4.13.2 刮擦表面换热器282

4.13.3 扩展表面或翅片换热器283

4.14 传热过程的量纲分析287

4.14.1 概述287

4.14.2 Buckingham法287

4.15 两维定态热传导的数值方法289

4.15.1 热传导的解析方程289

4.15.2 有限差分数值方法290

习题295

参考文献303

第5章 非定态传热过程原理305

5.1 基本方程的推导305

5.1.1 概述305

5.1.2 非定态热传导方程305

5.2 内部传热阻力可忽略的系统306

5.2.1 基本方程306

5.2.2 用于不同几何结构的传热方程307

5.2.3 总传热量308

5.3 各种几何形状物体中的非定态热传导309

5.3.1 概述与分析方法309

5.3.2 半无限固体中的非定态热传导过程310

5.3.3 大平板中的非定态热传导过程312

5.3.4 长圆柱体中的非定态热传导过程316

5.3.5 球体中的非定态热传导过程319

5.3.6 二维和三维系统中的非定态传热过程319

5.3.7 表面阻力可忽略时平板、圆柱和球体中的平均温度算图323

5.4 数值有限差分法求解非定态热传导问题324

5.4.1 平板中的非定态热传导324

5.4.2 适用于平板数值解的边界条件326

5.4.3 其他用于非定态热传导计算的数值方法332

5.5 食品和生物物质的冷却与冷冻333

5.5.1 概述333

5.5.2 食品和生物制品的冷却334

5.5.3 食品和生物制品的冷冻336

5.6 能量变化方程的推导338

5.6.1 概述338

5.6.2 能量变化微分方程的推导338

5.6.3 能量变化方程的几种特殊形式340

5.6.4 能量变化方程的应用341

5.7 传热过程中的边界层理论及湍流流动343

5.7.1 传热过程中的层流和边界层理论343

5.7.2 传热边界层的近似积分解析法345

5.7.3 Prandtl混合长度与涡流热扩散系数346

习题347

参考文献351

第6章 传质过程原理352

6.1 质量传递与扩散过程导论352

6.1.1 质量传递、热量传递和动量传递过程的相似性352

6.1.2 传质过程实例353

6.1.3 分子扩散的费克定律354

6.1.4 对流传质系数355

6.2 气体中的分子扩散过程356

6.2.1 气体中的等分子反向扩散过程356

6.2.2 气体A和B的分子扩散与对流传质叠加时的一般情况357

6.2.3 A在惰性组分B中的扩散过程358

6.2.4 横截面积发生变化时的扩散过程361

6.2.5 气体的扩散系数363

6.3 液体中的分子扩散过程368

6.3.1 引言368

6.3.2 液体中的分子扩散方程368

6.3.3 液体的扩散系数370

6.3.4 液体中扩散系数的推算371

6.3.5 电解质在液体中扩散系数的推算373

6.4 生物溶液和凝胶中的分子扩散过程375

6.4.1 生物质在液体中的扩散375

6.4.2 生物凝胶中的扩散过程378

6.5 固体中的分子扩散过程379

6.5.1 固体中分子扩散的类型379

6.5.2 固体中服从费克定律的扩散过程379

6.5.3 与结构有关的多孔性固体中的扩散过程383

6.6 二维定态分子扩散的数值计算法384

6.6.1 数值计算方程的推导384

6.6.2 特殊的边界条件方程385

习题389

参考文献393

第7章 非定态对流传质原理396

7.1 非定态扩散过程396

7.1.1 基本方程的推导396

7.1.2 表面阻力可忽略时平板中的扩散过程397

7.1.3 各种几何构型体系中的非定态扩散过程398

7.2 对流传质系数401

7.2.1 对流传质过程概述401

7.2.2 各种传质系数402

7.2.3 有效膜理论在对流传质过程中的应用406

7.2.4 传质速率很高时的传质系数406

7.2.5 实验法测定传质系数408

7.3 各种几何结构中的传质系数408

7.3.1 用于关联数据的无量纲准数408

7.3.2 传质、传热和动量传递过程的类比409

7.3.3 层流流动中传质系数的推导411

7.3.4 管内流动时的传质过程413

7.3.5 流体流过固体外表面时的传质过程414

7.4 微粒悬浮体系的传质过程420

7.4.1 概述420

7.4.2 流体对小颗粒的传质速率方程421

7.5 分子扩散与对流传质和化学反应同时发生的情况423

7.5.1 各种传质速率与费克定律423

7.5.2 二元系统的连续性方程424

7.5.3 特殊情况下的连续性方程425

7.5.4 定态条件下通用扩散速率方程的特例426

7.5.5 半无限介质中的非定态扩散过程与化学反应429

7.5.6 气体的多组分扩散过程430

7.6 气体在多孔性固体和毛细管中的扩散过程431

7.6.1 概述431

7.6.2 气体的努森（Knudsen）扩散432

7.6.3 气体的分子扩散433

7.6.4 气体的过渡区扩散434

7.6.5 毛细管中气体的扩散速率比435

7.6.6 气体在多孔性固体中的扩散过程437

7.7 非定态分子扩散的数值计算法438

7.7.1 概述438

7.7.2 非定态扩散过程的数值计算法438

7.7.3 数值法计算平板中扩散过程时的边界条件439

7.8 传质过程中的量纲分析443

7.8.1 概述443

7.8.2 对流传质过程的量纲分析443

7.9 传质过程中的边界层流动和湍流流动444

7.9.1 传质过程中的层流及边界层理论444

7.9.2 Prandtl混合长与湍流涡流扩散系数446

7.9.3 传质系数模型447

习题448

参考文献453