主要符号表 i


基础篇 1
第1章 传递概论及其基本定律 2
1.1 传递原理概论 2
1.1.1 基础篇概述 3
1.1.2 动量传递篇概述 3
1.1.3 热量传递篇概述 4
1.1.4 质量传递篇概述 6
1.2 传递原理在国家重大工程中的应用 8
1.2.1 动量传递与绿水青山之生态文明—都江堰水利工程 9
1.2.2 热量传递与清洁能源之绿色低碳—原子能核电工程 10
1.2.3 “两弹一星”工程中的传递原理 11
1.3 传递机理与现象定律 12
1.3.1 分子传递 13
1.3.2 牛顿黏性定律 13
1.3.3 傅里叶定律 16
1.3.4 菲克定律 17
1.3.5 分子传递的类似性—现象定律 18
1.4 三大守恒定律与总衡算 20
1.4.1 控制体和控制面 20
1.4.2 总质量衡算 21
1.4.3 总能量衡算 23
1.4.4 总动量衡算 25
1.5 微分衡算与连续性方程 27
1.5.1 微分衡算方程 27
1.5.2 直角坐标系中连续性方程的推导 27
1.5.3 随体导数的物理意义 28
1.5.4 连续性方程的分析 30
1.5.5 欧拉法和拉格朗日法 30
1.5.6 连续性方程的化简 32
1.5.7 柱坐标系和球坐标系中的连续性方程 32
1.6 量纲分析法 33
思考题 34
习题 34


动量传递篇 35
第2章 运动方程与层流动量传递 36
2.1 运动方程—动量传递微分方程 36
2.1.1 体积力 37
2.1.2 表面力 37
2.1.3 以应力表示的运动方程 38
2.1.4 纳维-斯托克斯方程—N-S 方程 39
2.2 简单流场内的层流 43
2.2.1 平行平板间的稳态层流 43
2.2.2 圆管内的稳态层流 46
2.2.3 套管环隙间的轴向流动 49
2.3 旋转层流流动 51
2.4 振荡流动—非稳态流动 52
2.5 流线和流函数 54
2.5.1 流线及其特性 54
2.5.2 流线方程 54
2.5.3 流管 55
2.5.4 流函数 55
2.6 势流 57
2.6.1 势流与欧拉方程 57
2.6.2 势流的速度分布和压力分布—伯努利方程 60
2.7 爬流 63
2.7.1 爬流运动微分方程 63
2.7.2 绕球层流运动与斯托克斯分析解 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应用 68
2.7.5 奥森流 69
2.8 边界层理论基础 71
2.8.1 边界层的形成 71
2.8.2 边界层分离 73
2.9 边界层运动微分方程 76
2.9.1 边界层运动微分方程的推导 76
2.9.2 边界层运动微分方程的精确解——布拉修斯相似原理 79
2.9.3 位移厚度与动量厚度 83
2.9.4 圆管进口段的流动 85
2.10 边界层积分动量方程 86
2.10.1 边界层积分动量方程的推导 86
2.10.2 层流边界层的近似计算 88
2.11 案例分析——圆管入口段层流速度分布的理论预测及实验验证 89
2.11.1 管内近似N-S 方程解析解 90
2.11.2 精确N-S 方程数值解 91
2.11.3 雷诺数对圆管入口段速度分布的影响 91
思考题 93
习题 93

第3章 湍流动量传递 95
3.1 湍流的特征 95
3.1.1 湍流的主要特征 95
3.1.2 时均值与脉动值 96
3.1.3 湍动强度 97
3.1.4 湍流的起源 98
3.2 湍流基本方程—雷诺方程 102
3.2.1 雷诺转换与雷诺方程 103
3.2.2 动量传递与湍流附加应力 104
3.3 普朗特动量传递理论 105
3.3.1 涡流黏度 105
3.3.2 普朗特混合长 106
3.4 光滑管中的湍流 107
3.4.1 层流内层的速度分布 108
3.4.2 湍流主体的速度分布 109
3.4.3 过渡层的速度分布 110
3.4.4 速度衰减定律 111
3.4.5 流动阻力与摩擦因数 111
3.4.6 范宁摩擦因数的经验关联式 112
3.5 粗糙管中的流动 114
3.5.1 粗糙度与范宁摩擦因数 114
3.5.2 速度分布方程与流动阻力 116
3.6 平板壁面的湍流边界层 117
3.6.1 边界层速度分布方程 117
3.6.2 边界层厚度 117
3.6.3 流动阻力 118
3.7 自由湍流 119
3.7.1 自由射流的发展 120
3.7.2 卷吸机理 121
3.7.3 自由射流特性参数的估计 122
3.7.4 自由射流的实验观测 123
3.8 案例分析—表面活性剂对湍流边界层速度分布的影响及其减阻功能 124
3.8.1 表面活性剂的减阻机理 125
3.8.2 表面活性剂对湍流速度分布的影响 125
思考题 128
习题 129


热量传递篇 130
第4章 能量方程与导热 /131
4.1 传热方式与传热机理 131
4.1.1 分子传递与热传导 131
4.1.2 涡流传递与对流传热 132
4.1.3 辐射传热 132
4.2 能量方程—传热微分方程 133
4.2.1 直角坐标系中能量方程的推导 133
4.2.2 不可压缩流体的能量方程 134
4.2.3 固体的导热 135
4.2.4 柱坐标系和球坐标系中的能量方程 136
4.2.5 边界条件 136
4.3 稳态导热 137
4.3.1 无内热源的一维稳态导热 137
4.3.2 有内热源的一维稳态导热 139
4.3.3 二维稳态导热 139
4.4 非稳态导热 140
4.4.1 半无限固体的非稳态导热 141
4.4.2 平板两端面温度恒定的非稳态导热 143
4.4.3 具有两个对流传热边界的大平板非稳态导热 146
4.4.4 一维非稳态导热的简易图算法 147
4.5 二维稳态导热的数值解 149
4.6 案例分析—红外测温技术在非稳态导热研究中的应用 152
4.6.1 无限长圆柱体在恒温介质中的非稳态导热模型 153
4.6.2 非稳态导热的可视化温度分布及其影响因素 154
思考题 157
习题 157

第5章 对流传热 159
5.1 对流传热概论 159
5.1.1 对流传热基本概念 159
5.1.2 对流传热系数—传热膜系数 160
5.2 平壁层流边界层能量方程精确解 162
5.3 平壁层流传热的近似解 165
5.4 圆管层流传热 169
5.4.1 管壁热通量恒定的传热 170
5.4.2 管壁温度恒定的传热 172
5.4.3 圆管入口段传热 172
5.5 自然对流传热 174
5.5.1 传热特点及基本方程 174
5.5.2 无界垂直平壁的自然对流传热 176
5.6 湍流传热 179
5.6.1 湍流能量方程 179
5.6.2 涡流热扩散系数与混合长 180
5.6.3 雷诺类似律—单层模型 182
5.6.4 普朗特类似律—双层模型 184
5.6.5 卡门类似律—三层模型 186
5.6.6 Chilton-Colburn 类似律 187
5.6.7 湍流传热系数经验关联式 188
5.7 冷凝与沸腾传热 189
5.7.1 管内冷凝 190
5.7.2 池内沸腾传热 191
5.7.3 管内沸腾 192
5.8 案例分析—基于人工神经网络技术的对流传热分析 195
5.8.1 雷诺数对波纹通道对流传热系数的影响 196
5.8.2 基于人工神经网络的传热数据分析和预测 198
思考题 199
习题 199


质量传递篇 202
第6章 扩散方程与分子传质 203
6.1 传质概论 203
6.1.1 传质机理与传质方式 203
6.1.2 传质基本概念及其表征 204
6.2 扩散方程—传质微分方程 208
6.2.1 双组分扩散方程的推导 208
6.2.2 扩散方程的化简 210
6.2.3 扩散方程的初始条件和边界条件 211
6.3 稳态分子传质 212
6.3.1 气体中的分子扩散 213
6.3.2 多组分气体混合物的扩散 219
6.3.3 液体中的溶质扩散 223
6.3.4 固体中的稳态扩散 226
6.4 非稳态分子传质 229
6.4.1 半无限长区域内的非稳态分子扩散 229
6.4.2 无限大平板中沿厚度方向进行的非稳态分子扩散 230
6.5 伴有化学反应的分子传质 232
6.5.1 伴有零级化学反应的分子扩散 232
6.5.2 伴有一级化学反应的分子扩散 233
6.6 二维分子传质 235
6.6.1 具有分析解的二维稳态分子扩散 235
6.6.2 二维稳态分子扩散的数值解 236
6.7 案例分析—反应型聚氨酯（PUR）热熔胶的湿固化机理及动力学 239
6.7.1 PUR 热熔胶湿固化机理及动力学模型 239
6.7.2 湿固化动力学模型的验证 243
思考题 246
习题 247

第7章 对流传质 250
7.1 对流传质概论 250
7.1.1 对流传质基本概念 250
7.1.2 对流传质系数 251
7.2 层流传质 253
7.2.1 平壁层流传质系数精确解 253
7.2.2 浓度边界层的近似解 259
7.2.3 圆管内的层流传质 260
7.3 湍流质量传递 262
7.3.1 平壁湍流浓度边界层近似解 263
7.3.2 动量、热量与质量传递类似性 265
7.4 动量与质量同时进行的传递 271
7.4.1 下降液膜中的气体吸收 271
7.4.2 下降液膜中的固体溶解 274
7.5 动量、热量与质量同时进行的传递 275
7.6 案例分析—烟气催化脱硝反应器中同时进行的动量、热量和质量传递 279
7.6.1 固定床反应器“三传”模型构建 280
7.6.2 催化剂结构对传递过程的影响 281
思考题 283
习题 283

第8章 相间传质 286
8.1 相间传质概论 286
8.1.1 相间传质基本概念 286
8.1.2 相间传质系数 287
8.2 相间传质理论 288
8.2.1 双膜理论 288
8.2.2 溶质渗透理论 290
8.2.3 表面更新理论 291
8.2.4 传质理论进展 292
8.2.5 界面湍动与Marangoni 效应 293
8.3 固体颗粒的相间传质 295
8.3.1 球形颗粒与静止流体间的传质 295
8.3.2 球形颗粒与层流流体间的传质 296
8.3.3 塔内球形颗粒与流体间的传质 298
8.4 平壁、滴泡和液膜与流体的相间传质 298
8.4.1 平壁/流体的相间传质 298
8.4.2 滴泡/流体的相间传质 298
8.4.3 液膜/气体的相间传质 304
8.5 伴有化学反应的相间传质 305
8.5.1 化学反应对气体吸收的影响 306
8.5.2 伴有一级化学反应的相间传质 307
8.5.3 伴有双分子反应的相间传质 310
8.6 案例分析——磷脂在肺泡单分子膜上的吸附机理及动力学 313
8.6.1 磷脂在单分子膜上的吸附机理及动力学模型 314
8.6.2 吸附动力学模型的验证 319
思考题 323
习题 323


附录 325
附录Ⅰ 常见气体和液体的黏度、热导率和恒压比热熔值(298K, 1atm) 325
附录Ⅱ Lennard-Jones (6-12) 势能参数和临界性质 326
附录Ⅲ 碰撞积分与κT/ε的函数关系 327
附录Ⅳ 柱坐标系和球坐标系中连续性方程的推导 328
附录Ⅴ 函数f (η)及其导数值 331
附录Ⅵ 高斯误差函数表 332
附录Ⅶ 无限大平板、无限长圆柱和球体非稳态传热与传质算图 333
附录Ⅷ 组分A 在组分B 中的扩散系数 336

参考文献 337