化工傳遞過程基礎(chǔ)

前言

《化工傳遞過程基礎(chǔ)》第二版自2002年出版以來，得到了教學(xué)同仁和廣大讀者的支持和肯定，在此我們深表謝意！繼第二版被列為普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材之后，本書（《化工傳遞過程基礎(chǔ)》第三版）又被列為“十一五”國家級規(guī)劃教材。為了滿足不同層次讀者的需要，本書在第二版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了若干修訂：（1）在各篇分別增加了分子動量、熱量和質(zhì)量傳遞機(jī)理的內(nèi)容；（2）第十二章改為“多種傳遞同時進(jìn)行的過程”，增加了湍流狀態(tài)下熱、質(zhì)同時傳遞及水冷塔操作原理和設(shè)計等內(nèi)容；（3）第十章中增加了伴有化學(xué)反應(yīng)分子傳質(zhì)的內(nèi)容；（4）在大部分章中增加了一定數(shù)量與工程實(shí)際相結(jié)合的例題和習(xí)題。參加本書編寫的有天津大學(xué)化工學(xué)院陳濤（第一、十二章）、張國亮（第二～五章）、張鳳寶（第六～八章）、賈紹義（第九～十一章），全書由陳濤、張國亮統(tǒng)編和整理。在本書修訂過程中，得到了天津大學(xué)化工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)教師的支持與幫助，在此表示感謝！由于作者水平所限，書中可能會存在不妥之處，敬請教學(xué)同仁和讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《化工傳遞過程基礎(chǔ)（3版）》系普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材《化工傳遞過程基礎(chǔ)》（陳濤、張國亮主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002）的修訂版，為“十一五”國家級規(guī)劃教材。本教材系統(tǒng)論述了化學(xué)工程中動量、熱量與質(zhì)量傳遞（“三傳”）的基本原理、數(shù)學(xué)模型及求解方法，傳遞速率的理論計算，“三傳”的類比及傳遞理論的工程應(yīng)用等內(nèi)容。全書共12章。第一章為傳遞過程概論，闡述流體流動導(dǎo)論、三傳的類似性和衡算方法；第二～五章為動量傳遞，包括動量傳遞概論與動量傳遞微分方程、動量傳遞方程的若干解、邊界層流動和湍流；第六～八章為熱量傳遞，包括熱量傳遞概論和能量方程、熱傳導(dǎo)和對流傳熱；第九～十一章為質(zhì)量傳遞，包括質(zhì)量傳遞概論和傳質(zhì)微分方程、分子傳質(zhì)和對流傳質(zhì)；第十二章為多種傳遞同時進(jìn)行的過程，論述湍流下熱、質(zhì)同時傳遞和平壁面上層流邊界層中同時進(jìn)行“三傳”的精確解。各章均附有例題和習(xí)題，以幫助讀者對《化工傳遞過程基礎(chǔ)（3版）》內(nèi)容的理解和運(yùn)用?！痘鬟f過程基礎(chǔ)（3版）》還配有免費(fèi)的教學(xué)支持材料可供參考，有需要的教師可登錄www?cipedu?com?cn免費(fèi)下載。　　《化工傳遞過程基礎(chǔ)（3版）》可作為“化學(xué)工程與工藝”專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，亦可作為化工類其他專業(yè)的選修課教材，也可供在化工領(lǐng)域從事科研、設(shè)計和生產(chǎn)的科技人員參考。

書籍目錄

主要符號說明緒論第一章 傳遞過程概論第一節(jié) 流體流動導(dǎo)論一、靜止流體的特性二、流體流動的基本概念第二節(jié) 動量、熱量和質(zhì)量傳遞的類似性一、分子傳遞的基本定律二、動量通量、熱量通量和質(zhì)量通量的普遍表達(dá)式三、渦流傳遞的類似性第三節(jié) 傳遞過程的衡算方法一、總衡算二、微分衡算習(xí)題第一篇 動量傳遞第二章 動量傳遞概論與動量傳遞微分方程第一節(jié) 動量傳遞概論一、動量的分子傳遞與渦流傳遞二、流體通過相界面的動量傳遞第二節(jié) 描述流動問題的觀點(diǎn)與時間導(dǎo)數(shù)一、歐拉觀點(diǎn)與拉格朗日觀點(diǎn)二、物理量的時間導(dǎo)數(shù)第三節(jié) 連續(xù)性方程一、連續(xù)性方程的推導(dǎo)二、對連續(xù)性方程的分析三、柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)系的連續(xù)性方程第四節(jié) 運(yùn)動方程一、用應(yīng)力表示的運(yùn)動方程二、牛頓型流體的本構(gòu)方程三、牛頓型流體的運(yùn)動方程四、對奈維斯托克斯方程的分析習(xí)題第三章 動量傳遞方程的若干解第一節(jié) 曳力系數(shù)與范寧摩擦因數(shù)一、繞流流動二、封閉管道內(nèi)的流動第二節(jié) 平壁間與平壁面上的穩(wěn)態(tài)層流一、兩平壁間的穩(wěn)態(tài)層流二、豎直平壁面上的降落液膜流動第三節(jié) 圓管與套管環(huán)隙間的穩(wěn)態(tài)層流一、圓管中的軸向穩(wěn)態(tài)層流二、套管環(huán)隙間的軸向穩(wěn)態(tài)層流三、同心套管環(huán)隙間的周向穩(wěn)態(tài)層流第四節(jié) 爬流一、爬流的概念與爬流運(yùn)動方程二、粒子在流體中的沉降與斯托克斯定律第五節(jié) 勢流一、理想流體的運(yùn)動方程二、流體的旋度與速度勢函數(shù)三、勢流的求解第六節(jié) 平面流與流函數(shù)的概念一、平面流的概念二、流函數(shù)習(xí)題第四章 邊界層流動第一節(jié) 邊界層的概念一、普朗特邊界層理論的要點(diǎn)二、邊界層的形成過程三、邊界層厚度的定義第二節(jié) 普朗特邊界層方程一、普朗特邊界層方程的推導(dǎo)二、平板層流邊界層的精確解第三節(jié) 邊界層積分動量方程一、邊界層積分動量方程的推導(dǎo)二、平板層流邊界層的近似解第四節(jié) 管道進(jìn)口段內(nèi)的流體流動第五節(jié) 邊界層分離習(xí)題第五章 湍流第一節(jié) 湍流的特點(diǎn)、起因及表征一、湍流的特點(diǎn)二、湍流的起因三、湍流的表征第二節(jié) 湍流時的運(yùn)動方程一、雷諾方程二、雷諾應(yīng)力第三節(jié) 湍流的半經(jīng)驗理論一、波希尼斯克的湍應(yīng)力公式二、普朗特混合長理論第四節(jié) 無界固體壁面上的穩(wěn)態(tài)湍流第五節(jié) 圓管中的湍流一、圓管穩(wěn)態(tài)湍流的通用速度分布方程二、光滑圓管中的速度分布與流動阻力三、粗糙管中的速度分布與流動阻力第六節(jié) 平板壁面上湍流邊界層的近似解第七節(jié) 量綱分析在動量傳遞中的應(yīng)用一、奈維一斯托克斯方程的量綱分析二、伯金漢丌定理三、模型與相似習(xí)題第二篇 熱量傳遞第六章 熱量傳遞概論與能量方程第一節(jié) 熱量傳遞的基本方式一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)二、對流傳熱三、輻射傳熱四、同時進(jìn)行導(dǎo)熱、對流傳熱及輻射傳熱的過程第二節(jié) 能量方程一、能量方程的推導(dǎo)二、能量方程的特定形式三、柱坐標(biāo)系與球坐標(biāo)系的能量方程習(xí)題第七章 熱傳導(dǎo)第一節(jié) 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)一、無內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)二、有內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三、二維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)第二節(jié) 不穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)一、忽略內(nèi)部熱阻的不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱——集總熱容法二、忽略表面熱阻的不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱三、內(nèi)部熱阻和表面熱阻均不能忽略時的大平板的不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱四、多維不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱五、一維不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值解習(xí)題第八章 對流傳熱第一節(jié) 對流傳熱的機(jī)理與對流傳熱系數(shù)一、對流傳熱機(jī)理二、溫度邊界層(熱邊界層)三、對流傳熱系數(shù)第二節(jié) 平板壁面對流傳熱一、平板壁面上層流傳熱的精確解二、平板壁面上層流傳熱的近似解三、平板壁面上湍流傳熱的近似解第三節(jié) 管內(nèi)對流傳熱一、管內(nèi)強(qiáng)制層流傳熱的理論分析二、管內(nèi)對流傳熱的量綱分析三、管內(nèi)湍流傳熱的類似律第四節(jié) 自然對流傳熱一、自然對流系統(tǒng)的運(yùn)動方程和能量方程二、自然對流系統(tǒng)的對流傳熱系數(shù)習(xí)題第三篇 質(zhì)量傳遞第九章 質(zhì)量傳遞概論與傳質(zhì)微分方程第一節(jié) 質(zhì)量傳遞概論一、混合物組成的表示方法二、質(zhì)量傳遞的基本方式三、傳質(zhì)的速度與通量第二節(jié) 傳質(zhì)微分方程一、傳質(zhì)微分方程的推導(dǎo)二、傳質(zhì)微分方程的特定形式三、柱坐標(biāo)系與球坐標(biāo)系的傳質(zhì)微分方程習(xí)題第十章 分子傳質(zhì)(擴(kuò)散)第一節(jié) 一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散的通用速率方程第二節(jié) 氣體中的分子擴(kuò)散一、組分A通過停滯組分B的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散二、等分子反方向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散三、氣體擴(kuò)散系數(shù)的測定和計算第三節(jié) 液體中的分子擴(kuò)散一、液體中的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散速率方程二、組分A通過停滯組分B的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散三、等分子反方向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散四、液體擴(kuò)散系數(shù)的計算第四節(jié) 固體中的擴(kuò)散一、與固體結(jié)構(gòu)無關(guān)的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散二、多孔固體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散三、固體中的擴(kuò)散系數(shù)第五節(jié) 伴有化學(xué)反應(yīng)的分子擴(kuò)散過程一、具有非均相化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散二、具有均相化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散習(xí)題第十一章 對流傳質(zhì)第一節(jié) 對流傳質(zhì)的機(jī)理與對流傳質(zhì)系數(shù)一、對流傳質(zhì)機(jī)理二、濃度邊界層三、對流傳質(zhì)系數(shù)第二節(jié) 平板壁面對流傳質(zhì)一、平板壁面上層流傳質(zhì)的精確解二、平板壁面上層流傳質(zhì)的近似解三、平板壁面上湍流傳質(zhì)的近似解第三節(jié) 管內(nèi)對流傳質(zhì)一、管內(nèi)穩(wěn)態(tài)層流傳質(zhì)二、管內(nèi)湍流傳質(zhì)的類似律第四節(jié) 對流傳質(zhì)模型一、停滯膜模型二、溶質(zhì)滲透模型三、表面更新模型習(xí)題第十二章 多種傳遞同時進(jìn)行的過程第一節(jié) 熱量和質(zhì)量同時傳遞的過程一、湍流下熱量和質(zhì)量同時傳遞的過程二、空氣一水物系中熱量和質(zhì)量同時傳遞的過程第二節(jié) 平板壁面層流邊界層中同時進(jìn)行動量、熱量和質(zhì)量傳遞的過程一、平板層流邊界層中動量、熱量和質(zhì)量傳遞的基本微分方程二、平板層流邊界層中同時進(jìn)行動量、熱量和質(zhì)量傳遞的精確解習(xí)題附錄附錄A主要物理量的單位換算表附錄B誤差函數(shù)表附錄C擴(kuò)散系數(shù)附錄D分子擴(kuò)散時之間的關(guān)系表附錄E倫納德一瓊斯參數(shù)δ、ξ／κ數(shù)值表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 傳遞過程概論傳遞現(xiàn)象是自然界和工程技術(shù)中普遍存在的現(xiàn)象。通常所說的平衡狀態(tài)，是指物系內(nèi)具有強(qiáng)度性質(zhì)的物理量如溫度、組分濃度等不存在梯度而言的。例如熱平衡是指物系內(nèi)的溫度各處均勻一致，氣體混合物的平衡是指物系內(nèi)各處具有相同的組成等。反之，若物系處于不平衡狀態(tài)，即具有強(qiáng)度性質(zhì)的物理量在物系內(nèi)不均勻時，則物系內(nèi)部就會發(fā)生變化。例如，冷、熱兩物體互相接觸，熱量會由熱物體流向冷物體，最后使兩物體的溫度趨于一致。對于任何處于不平衡狀態(tài)的物系，一定會有某些物理量由高強(qiáng)度區(qū)向低強(qiáng)度區(qū)轉(zhuǎn)移。物理量朝向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程即為傳遞過程。在傳遞過程中所傳遞的物理量一般為質(zhì)量、能量、動量和電量等。質(zhì)量傳遞是指物系中一個或幾個組分由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的轉(zhuǎn)移；能量傳遞是指熱量由高溫度區(qū)向低溫度區(qū)的轉(zhuǎn)移。由此可見，質(zhì)量、熱量與動量傳遞之所以發(fā)生，是由于物系內(nèi)部存在有濃度、溫度和速度梯度的緣故。在化學(xué)工程領(lǐng)域中，傳遞過程大多是在流體流動的狀態(tài)下進(jìn)行的。因此，流體流動與動量、熱量和質(zhì)量傳遞有非常密切的關(guān)系。動量、熱量和質(zhì)量傳遞是一種探討速率的科學(xué)，三者之間具有許多類似之處，它們不但可以用類似的數(shù)學(xué)模型描述，而且描述三者的一些物理量之間還存在著某些定量關(guān)系，這些類似關(guān)系和定量關(guān)系會使研究3類傳遞過程的問題得以簡化。傳遞過程規(guī)律的研究常采用衡算方法，即依據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒（熱力學(xué)第一定律）和動量守恒（牛頓第二運(yùn)動定律）原理，在運(yùn)動的流體中選擇一特定的空間范圍進(jìn)行質(zhì)量、能量和動量衡算，導(dǎo)出有關(guān)的衡算方程來解決傳遞過程規(guī)律問題。本章作為研究動量、熱量和質(zhì)量傳遞的基礎(chǔ)，主要論述流體流動的基本概念，動量、熱量和質(zhì)量傳遞的類似性及衡算方法等內(nèi)容。

后記

《化工傳遞過程基礎(chǔ)》第二版自2002年出版以來，得到了教學(xué)同仁和廣大讀者的支持和肯定，在此我們深表謝意！繼第二版被列為普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材之后，本書(《化工傳遞過程基礎(chǔ)》第三版)又被列為“十一五”國家級規(guī)劃教材。    為了滿足不同層次讀者的需要，本書在第二版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了若干修訂：    （1）在各篇分別增加了分子動量、熱量和質(zhì)量傳遞機(jī)理的內(nèi)容；    （2）第十二章改為“多種傳遞同時進(jìn)行的過程”，增加了湍流狀態(tài)下熱、質(zhì)同時傳遞及水冷塔操作原理和設(shè)計等內(nèi)容；    （3）第十章中增加了伴有化學(xué)反應(yīng)分子傳質(zhì)的內(nèi)容；    （4）在大部分章中增加了一定數(shù)量與工程實(shí)際相結(jié)合的例題和習(xí)題。    參加本書編寫的有天津大學(xué)化工學(xué)院陳濤（第一、十二章）、張國亮（第二～五章）、張鳳寶（第六～八章）、賈紹義（第九～十一章），全書由陳濤、張國亮統(tǒng)編和整理。在本書修訂過程中，得到了天津大學(xué)化工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)教師的支持與幫助，在此表示感謝！    由于作者水平所限，書中可能會存在不妥之處，敬請教學(xué)同仁和讀者批評指正。編者2008年10月于天津大學(xué)第二版前言    “化工傳遞過程”課程在我國化工類本科生中開設(shè)已有20多年。這期間有多本教材出版，為培養(yǎng)現(xiàn)代化工技術(shù)人才起了重要作用。隨著新世紀(jì)的到來，化學(xué)工程學(xué)科的理論和實(shí)踐不斷發(fā)展，與其相關(guān)的新興學(xué)科、高新技術(shù)層出不窮，對傳遞過程的理論和應(yīng)用提出了新的要求。因此，這門課程的教學(xué)內(nèi)容改革顯得十分迫切。為了努力達(dá)到《高等教育面向21世紀(jì)“化學(xué)工程與工藝”專業(yè)人才培養(yǎng)方案》所要求的目標(biāo)，我們將原有教材進(jìn)行了修訂。    本書是原高等學(xué)校試用教材《化工傳遞過程基礎(chǔ)》(王紹亭、陳濤編，化學(xué)工業(yè)出版社，1987)的修訂本。修訂后的本教材保留了原書的系統(tǒng)性和重要內(nèi)容，刪去了一些次要章節(jié);增加了一些反映傳遞過程最新進(jìn)展的內(nèi)容,力求提高本書的全面性；增加了若干理論與工程實(shí)際相結(jié)合的內(nèi)容，以提高本課程的實(shí)用性；增加了例題和習(xí)題的數(shù)量和難度，以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力；適當(dāng)提高某些內(nèi)容的深度，以滿足不同層次讀者的需要。    本書共十二章。第一章增加流體流動導(dǎo)論一節(jié)，刪去原書第二章“總衡算”大部分內(nèi)容，而部分內(nèi)容作為衡算方法放在本章論述。第二章后按第一篇動量傳遞(二～五章)、第二篇熱量傳遞(六～八章)、第三篇質(zhì)量傳遞(九～十二章)順序編寫。    在本教材的修訂過程中，我們以教改精神為指導(dǎo)，以加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬知識、提高學(xué)生創(chuàng)造能力為原則，力求概念清晰、層次分明、理論深入淺出，引導(dǎo)創(chuàng)新，便于自學(xué)。    本書作為“化學(xué)工程與工藝”專業(yè)基礎(chǔ)教材，亦可作為化工類其他專業(yè)的選修課教材，還可供化工領(lǐng)域從事科研、設(shè)計和生產(chǎn)的科技人員參考。    本書主編陳濤、張國亮。參加修訂的人員有天津大學(xué)化工學(xué)院陳濤(第一章及全書統(tǒng)編)、張國亮(第一篇二～五章)、張鳳寶(第二篇六～八章)、賈紹義(第三篇九～十二章)。    由于作者水平所限，書中難免存在不妥之處，敬請教學(xué)同仁和讀者批評指正。

編輯推薦

《化工傳遞過程基礎(chǔ)(3版)》（《化工傳遞過程基礎(chǔ)》第3版）又被列為“十一五”國家級規(guī)劃教材。為了滿足不同層次讀者的需要，《化工傳遞過程基礎(chǔ)(3版)》在第二版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了若干修訂：（1）在各篇分別增加了分子動量、熱量和質(zhì)量傳遞機(jī)理的內(nèi)容；（2）第十二章改為“多種傳遞同時進(jìn)行的過程”，增加了湍流狀態(tài)下熱、質(zhì)同時傳遞及水冷塔操作原理和設(shè)計等內(nèi)容；（3）第十章中增加了伴有化學(xué)反應(yīng)分子傳質(zhì)的內(nèi)容；（4）在大部分章中增加了一定數(shù)量與工程實(shí)際相結(jié)合的例題和習(xí)題。

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