本教材共8章：第1章為基礎內容，從傳遞機理和現象定律入手，運用質量守恒定律導出了連續(xù)性方程并對各項物理意義進行了分析，同時引出了隨體導數的概念和兩種觀察事物的方法(歐拉法和拉格朗日法)；第2、3章為動量傳遞篇，運用歐拉法，以動量守恒定律(牛頓第二定律)為依據，先后導出了以應力表達的運動微分方程和奈維-斯托克斯方程，進而分別探討了層流動量傳遞和湍流動量傳遞規(guī)律，系統(tǒng)介紹了邊界層理論和普蘭德動量傳遞理論及布拉修斯相似原理；第4、5章為熱量傳遞篇，運用拉格朗日法，以熱量守恒定律(熱力學第一定律)為依據，導出了能量方程，進而探討了導熱和對流傳熱規(guī)律；第6、7、8章為質量傳遞篇，以質量守恒定律為依據導出了擴散方程，討論了分子傳質和對流傳質及相間傳質規(guī)律，并探討了幾個典型的三傳同時進行的復雜傳遞規(guī)律。此外，各章還配有例題、思考題和習題。
主要符號表 i
基礎篇 1
第1章 傳遞概論及其基本定律 2
1.1 傳遞原理概論 2
1.1.1 基礎篇概述 3
1.1.2 動量傳遞篇概述 3
1.1.3 熱量傳遞篇概述 4
1.1.4 質量傳遞篇概述 6
1.2 傳遞原理在國家重大工程中的應用 8
1.2.1 動量傳遞與綠水青山之生態(tài)文明—都江堰水利工程 9
1.2.2 熱量傳遞與清潔能源之綠色低碳—原子能核電工程 10
1.2.3 “兩彈一星”工程中的傳遞原理 11
1.3 傳遞機理與現象定律 12
1.3.1 分子傳遞 13
1.3.2 牛頓黏性定律 13
1.3.3 傅里葉定律 16
1.3.4 菲克定律 17
1.3.5 分子傳遞的類似性—現象定律 18
1.4 三大守恒定律與總衡算 20
1.4.1 控制體和控制面 20
1.4.2 總質量衡算 21
1.4.3 總能量衡算 23
1.4.4 總動量衡算 25
1.5 微分衡算與連續(xù)性方程 27
1.5.1 微分衡算方程 27
1.5.2 直角坐標系中連續(xù)性方程的推導 27
1.5.3 隨體導數的物理意義 28
1.5.4 連續(xù)性方程的分析 30
1.5.5 歐拉法和拉格朗日法 30
1.5.6 連續(xù)性方程的化簡 32
1.5.7 柱坐標系和球坐標系中的連續(xù)性方程 32
1.6 量綱分析法 33
思考題 34
習題 34
動量傳遞篇 35
第2章 運動方程與層流動量傳遞 36
2.1 運動方程—動量傳遞微分方程 36
2.1.1 體積力 37
2.1.2 表面力 37
2.1.3 以應力表示的運動方程 38
2.1.4 納維-斯托克斯方程—N-S 方程 39
2.2 簡單流場內的層流 43
2.2.1 平行平板間的穩(wěn)態(tài)層流 43
2.2.2 圓管內的穩(wěn)態(tài)層流 46
2.2.3 套管環(huán)隙間的軸向流動 49
2.3 旋轉層流流動 51
2.4 振蕩流動—非穩(wěn)態(tài)流動 52
2.5 流線和流函數 54
2.5.1 流線及其特性 54
2.5.2 流線方程 54
2.5.3 流管 55
2.5.4 流函數 55
2.6 勢流 57
2.6.1 勢流與歐拉方程 57
2.6.2 勢流的速度分布和壓力分布—伯努利方程 60
2.7 爬流 63
2.7.1 爬流運動微分方程 63
2.7.2 繞球層流運動與斯托克斯分析解 64
2.7.3 斯托克斯阻力定律 66
2.7.4 斯托克斯阻力定律的應用 68
2.7.5 奧森流 69
2.8 邊界層理論基礎 71
2.8.1 邊界層的形成 71
2.8.2 邊界層分離 73
2.9 邊界層運動微分方程 76
2.9.1 邊界層運動微分方程的推導 76
2.9.2 邊界層運動微分方程的精確解——布拉修斯相似原理 79
2.9.3 位移厚度與動量厚度 83
2.9.4 圓管進口段的流動 85
2.10 邊界層積分動量方程 86
2.10.1 邊界層積分動量方程的推導 86
2.10.2 層流邊界層的近似計算 88
2.11 案例分析——圓管入口段層流速度分布的理論預測及實驗驗證 89
2.11.1 管內近似N-S 方程解析解 90
2.11.2 精確N-S 方程數值解 91
2.11.3 雷諾數對圓管入口段速度分布的影響 91
思考題 93
習題 93
第3章 湍流動量傳遞 95
3.1 湍流的特征 95
3.1.1 湍流的主要特征 95
3.1.2 時均值與脈動值 96
3.1.3 湍動強度 97
3.1.4 湍流的起源 98
3.2 湍流基本方程—雷諾方程 102
3.2.1 雷諾轉換與雷諾方程 103
3.2.2 動量傳遞與湍流附加應力 104
3.3 普朗特動量傳遞理論 105
3.3.1 渦流黏度 105
3.3.2 普朗特混合長 106
3.4 光滑管中的湍流 107
3.4.1 層流內層的速度分布 108
3.4.2 湍流主體的速度分布 109
3.4.3 過渡層的速度分布 110
3.4.4 速度衰減定律 111
3.4.5 流動阻力與摩擦因數 111
3.4.6 范寧摩擦因數的經驗關聯式 112
3.5 粗糙管中的流動 114
3.5.1 粗糙度與范寧摩擦因數 114
3.5.2 速度分布方程與流動阻力 116
3.6 平板壁面的湍流邊界層 117
3.6.1 邊界層速度分布方程 117
3.6.2 邊界層厚度 117
3.6.3 流動阻力 118
3.7 自由湍流 119
3.7.1 自由射流的發(fā)展 120
3.7.2 卷吸機理 121
3.7.3 自由射流特性參數的估計 122
3.7.4 自由射流的實驗觀測 123
3.8 案例分析—表面活性劑對湍流邊界層速度分布的影響及其減阻功能 124
3.8.1 表面活性劑的減阻機理 125
3.8.2 表面活性劑對湍流速度分布的影響 125
思考題 128
習題 129
熱量傳遞篇 130
第4章 能量方程與導熱 /131
4.1 傳熱方式與傳熱機理 131
4.1.1 分子傳遞與熱傳導 131
4.1.2 渦流傳遞與對流傳熱 132
4.1.3 輻射傳熱 132
4.2 能量方程—傳熱微分方程 133
4.2.1 直角坐標系中能量方程的推導 133
4.2.2 不可壓縮流體的能量方程 134
4.2.3 固體的導熱 135
4.2.4 柱坐標系和球坐標系中的能量方程 136
4.2.5 邊界條件 136
4.3 穩(wěn)態(tài)導熱 137
4.3.1 無內熱源的一維穩(wěn)態(tài)導熱 137
4.3.2 有內熱源的一維穩(wěn)態(tài)導熱 139
4.3.3 二維穩(wěn)態(tài)導熱 139
4.4 非穩(wěn)態(tài)導熱 140
4.4.1 半無限固體的非穩(wěn)態(tài)導熱 141
4.4.2 平板兩端面溫度恒定的非穩(wěn)態(tài)導熱 143
4.4.3 具有兩個對流傳熱邊界的大平板非穩(wěn)態(tài)導熱 146
4.4.4 一維非穩(wěn)態(tài)導熱的簡易圖算法 147
4.5 二維穩(wěn)態(tài)導熱的數值解 149
4.6 案例分析—紅外測溫技術在非穩(wěn)態(tài)導熱研究中的應用 152
4.6.1 無限長圓柱體在恒溫介質中的非穩(wěn)態(tài)導熱模型 153
4.6.2 非穩(wěn)態(tài)導熱的可視化溫度分布及其影響因素 154
思考題 157
習題 157
第5章 對流傳熱 159
5.1 對流傳熱概論 159
5.1.1 對流傳熱基本概念 159
5.1.2 對流傳熱系數—傳熱膜系數 160
5.2 平壁層流邊界層能量方程精確解 162
5.3 平壁層流傳熱的近似解 165
5.4 圓管層流傳熱 169
5.4.1 管壁熱通量恒定的傳熱 170
5.4.2 管壁溫度恒定的傳熱 172
5.4.3 圓管入口段傳熱 172
5.5 自然對流傳熱 174
5.5.1 傳熱特點及基本方程 174
5.5.2 無界垂直平壁的自然對流傳熱 176
5.6 湍流傳熱 179
5.6.1 湍流能量方程 179
5.6.2 渦流熱擴散系數與混合長 180
5.6.3 雷諾類似律—單層模型 182
5.6.4 普朗特類似律—雙層模型 184
5.6.5 卡門類似律—三層模型 186
5.6.6 Chilton-Colburn 類似律 187
5.6.7 湍流傳熱系數經驗關聯式 188
5.7 冷凝與沸騰傳熱 189
5.7.1 管內冷凝 190
5.7.2 池內沸騰傳熱 191
5.7.3 管內沸騰 192
5.8 案例分析—基于人工神經網絡技術的對流傳熱分析 195
5.8.1 雷諾數對波紋通道對流傳熱系數的影響 196
5.8.2 基于人工神經網絡的傳熱數據分析和預測 198
思考題 199
習題 199
質量傳遞篇 202
第6章 擴散方程與分子傳質 203
6.1 傳質概論 203
6.1.1 傳質機理與傳質方式 203
6.1.2 傳質基本概念及其表征 204
6.2 擴散方程—傳質微分方程 208
6.2.1 雙組分擴散方程的推導 208
6.2.2 擴散方程的化簡 210
6.2.3 擴散方程的初始條件和邊界條件 211
6.3 穩(wěn)態(tài)分子傳質 212
6.3.1 氣體中的分子擴散 213
6.3.2 多組分氣體混合物的擴散 219
6.3.3 液體中的溶質擴散 223
6.3.4 固體中的穩(wěn)態(tài)擴散 226
6.4 非穩(wěn)態(tài)分子傳質 229
6.4.1 半無限長區(qū)域內的非穩(wěn)態(tài)分子擴散 229
6.4.2 無限大平板中沿厚度方向進行的非穩(wěn)態(tài)分子擴散 230
6.5 伴有化學反應的分子傳質 232
6.5.1 伴有零級化學反應的分子擴散 232
6.5.2 伴有一級化學反應的分子擴散 233
6.6 二維分子傳質 235
6.6.1 具有分析解的二維穩(wěn)態(tài)分子擴散 235
6.6.2 二維穩(wěn)態(tài)分子擴散的數值解 236
6.7 案例分析—反應型聚氨酯（PUR）熱熔膠的濕固化機理及動力學 239
6.7.1 PUR 熱熔膠濕固化機理及動力學模型 239
6.7.2 濕固化動力學模型的驗證 243
思考題 246
習題 247
第7章 對流傳質 250
7.1 對流傳質概論 250
7.1.1 對流傳質基本概念 250
7.1.2 對流傳質系數 251
7.2 層流傳質 253
7.2.1 平壁層流傳質系數精確解 253
7.2.2 濃度邊界層的近似解 259
7.2.3 圓管內的層流傳質 260
7.3 湍流質量傳遞 262
7.3.1 平壁湍流濃度邊界層近似解 263
7.3.2 動量、熱量與質量傳遞類似性 265
7.4 動量與質量同時進行的傳遞 271
7.4.1 下降液膜中的氣體吸收 271
7.4.2 下降液膜中的固體溶解 274
7.5 動量、熱量與質量同時進行的傳遞 275
7.6 案例分析—煙氣催化脫硝反應器中同時進行的動量、熱量和質量傳遞 279
7.6.1 固定床反應器“三傳”模型構建 280
7.6.2 催化劑結構對傳遞過程的影響 281
思考題 283
習題 283
第8章 相間傳質 286
8.1 相間傳質概論 286
8.1.1 相間傳質基本概念 286
8.1.2 相間傳質系數 287
8.2 相間傳質理論 288
8.2.1 雙膜理論 288
8.2.2 溶質滲透理論 290
8.2.3 表面更新理論 291
8.2.4 傳質理論進展 292
8.2.5 界面湍動與Marangoni 效應 293
8.3 固體顆粒的相間傳質 295
8.3.1 球形顆粒與靜止流體間的傳質 295
8.3.2 球形顆粒與層流流體間的傳質 296
8.3.3 塔內球形顆粒與流體間的傳質 298
8.4 平壁、滴泡和液膜與流體的相間傳質 298
8.4.1 平壁/流體的相間傳質 298
8.4.2 滴泡/流體的相間傳質 298
8.4.3 液膜/氣體的相間傳質 304
8.5 伴有化學反應的相間傳質 305
8.5.1 化學反應對氣體吸收的影響 306
8.5.2 伴有一級化學反應的相間傳質 307
8.5.3 伴有雙分子反應的相間傳質 310
8.6 案例分析——磷脂在肺泡單分子膜上的吸附機理及動力學 313
8.6.1 磷脂在單分子膜上的吸附機理及動力學模型 314
8.6.2 吸附動力學模型的驗證 319
思考題 323
習題 323
附錄 325
附錄Ⅰ 常見氣體和液體的黏度、熱導率和恒壓比熱熔值(298K, 1atm) 325
附錄Ⅱ Lennard-Jones (6-12) 勢能參數和臨界性質 326
附錄Ⅲ 碰撞積分與κT/ε的函數關系 327
附錄Ⅳ 柱坐標系和球坐標系中連續(xù)性方程的推導 328
附錄Ⅴ 函數f (η)及其導數值 331
附錄Ⅵ 高斯誤差函數表 332
附錄Ⅶ 無限大平板、無限長圓柱和球體非穩(wěn)態(tài)傳熱與傳質算圖 333
附錄Ⅷ 組分A 在組分B 中的擴散系數 336
參考文獻 337
書單推薦
