材料工程基礎

前言

“材料工程基礎，，是高等學校材料科學與工程一級學科專業(yè)課程體系中一門重要的學科基礎課程?！恫牧瞎こ袒A》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，是為了適應高等學校材料科學與工程類學科發(fā)展的需要和創(chuàng)新型工程人才的培養(yǎng)而編寫的材料科學與工程類專業(yè)的本科教材。本書內(nèi)容整合了材料工程領域中的共性基礎理論——動量、能量和質量傳遞的基本規(guī)律，以及上述理論典型運用的單元過程——物料的干燥和燃料的燃燒。本書既注重邏輯思維的嚴密性，又強調理論知識與工程實踐的有機結合，并試圖將材料工程領域的最新科技成果充實到教材內(nèi)容之中。本書可作為高等學校材料科學與工程類專業(yè)本科生教學的教材，以及研究生的教學參考書。也可供在材料類工業(yè)領域中從事科研、設計、生產(chǎn)的工程技術人員閱讀參考。本書由西安建筑科技大學徐德龍教授、武漢理工大學謝峻林教授擔任主編，由南京工業(yè)大學胡道和教授、西安建筑科技大學曾漢侯教授負責審訂。西安建筑科技大學徐德龍教授擬訂了本教材的編寫大綱和編寫方案，并撰寫了緒論部分；西安建筑科技大學李輝副教授編寫了第l章“流體力學基礎”第1～3節(jié)、第1章思考題和習題，西安建筑科技大學肖國先教授編寫了第1章“流體力學基礎”第4～9節(jié)；西安建筑科技大學陳延信講師編寫了第2章“兩相流運動現(xiàn)象”；武漢理工大學姚三九教授和鹽城工學院陳景華副教授編寫了第3章“能量傳遞基礎”；南京工業(yè)大學周勇敏教授編寫了第4章“質量傳遞基礎”；武漢理工大學文進副教授編寫了第5章“物料干燥”；武漢理工大學謝峻林教授編寫了第6章“燃燒及其燃燒”。本書由曾漢侯教授、徐德龍教授、謝峻林教授負責統(tǒng)稿。

內(nèi)容概要

　　《材料工程基礎》是高等學校材料科學與工程一級學科專業(yè)課程體系中一門重要的學科基礎課程。《材料工程基礎》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，是為了適應高等學校材料科學與工程類學科發(fā)展的需要和創(chuàng)新型工程人才的培養(yǎng)而編寫的材料科學與工程類專業(yè)的本科教材。　　《材料工程基礎》內(nèi)容整合了材料工程領域中的共性基礎理論——動量、能量和質量傳遞的基本規(guī)律，以及上述理論典型運用的單元過程——物料的干燥和燃料的燃燒。《材料工程基礎》既注重邏輯思維的嚴密性，又強調理論知識與工程實踐的有機結合，并試圖將材料工程領域的最新科技成果充實到教材內(nèi)容之中。

作者簡介

徐德龍，男，1952年8月出生，博士，中國工程院院士，現(xiàn)任西安建筑科技大學校長、教授、博士生導師、粉體工程研究所所長，兼任中國硅酸鹽學會副理事長、中國顆粒學會副理事長、中國，臺金建設協(xié)會副理事長、教育部生態(tài)水泥工程中心主任、國家保密技術專家組專家、美國化學工程師學會A級會員。 長期從事硅酸鹽工程及相關學科的基礎理論與工程技術研究、推廣和教學工作，在水泥懸浮預熱預分解技術、粉體材料與工程、工業(yè)固體廢棄物資源化技術等方面取得了多項重大成果，先后榮獲國家科技進步二等獎1項，國家發(fā)明四等獎1項，國家科技成果推廣獎1項，省（部）級科技進步和成果一等獎10項、二等獎3項，并先后榮獲“全國先進工作者”、“全國優(yōu)秀留學回國人員”、“國家有突出貢獻的中青年專家”等榮譽稱號。謝峻林，女，1965年生，博士，現(xiàn)任武漢理工大學教授、博士生導師、教務處副處長，“材料工程基礎”、“無機非金屬材料實驗”國家級精品課程負責人，湖北省教學名師，享受國務院政府特殊津貼專家，兼任教育部高等學校材料科學與工程專業(yè)教學指導委員會無機非金屬材料分委員會秘書長、湖北省工程熱物理學會理事、湖北省高等學校女高級知識分子科技創(chuàng)新研究會常務理事，湖北省跨世紀學術骨干。主持參加國家自然科學基金、中國博士后基金、國家“863”計劃、“十一五”國家科技支撐計劃、教育部世行貸款教改項目等國家級科研、教學研究項目10余項，出版電子教材1部，承擔“普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材”2本，發(fā)表論文近80篇。獲國家教學成果二等獎1項，湖北省教學成果一等獎3項，?。ú浚┘壙萍歼M步獎2項。

書籍目錄

0 緒論0.1 材料工程學的由來0.2 材料工程基礎0.3 關于材料工程基礎的教學1 流體力學基礎1.1 流體力學概述1.1.1 流體的概念1.1.2 流體力學的研究內(nèi)容1.1.3 流體力學研究的意義1.1.4 流體力學的研究方法1.1.5 單位與量綱1.2 流體的性質1.2.1 流體的基本物理性質1.2.2 流體的連續(xù)性——連續(xù)介質模型1.2.3 流體的可壓縮性與熱膨脹性1.2.4 流體的傳遞性質1.2.5 流體的狀態(tài)參數(shù)與狀態(tài)方程1.2.6 作用在流體上的力1.3 流體運動的微分方程1.3.1 質量守恒定律——連續(xù)性方程1.3.2 動量定理——運動方程(納維一斯托克斯方程)1.3.3 能量守恒定律——能量方程1.3.4 定解條件1.3.5 相似理論和量綱分析1.3.6 三種傳遞過程的類比分析1.4 流體靜力學1.4.1 重力場中靜止流體中的壓強分布1.4.2 非慣性系中均質流體的相對平衡1.5 理想流體流動1.5.1 歐拉方程1.5.2 流體的旋度1.5.3 流函數(shù)1.5.4 不可壓縮理想流體圓柱繞流1.6 不可壓縮粘性流體的流動1.6.1 層流與湍流1.6.2 邊界層理論簡介1.6.3 不可壓縮粘性流體的層流運動1.6.4 湍流運動的雷諾方程組1.6.5 混合長理論1.6.6 光滑管中的湍流流動1.6.7 粗糙管中的湍流流動1.7 流體流動的伯努利方程式1.7.1 流體沿流線流動的伯努利方程式1.7.2 流體沿管道流動的伯努利方程式1.7.3 流體流動的阻力1.7.4 伯努利方程式的應用1.8 氣體動力學基礎1.8.1 可壓縮氣流的一些基本概念1.8.2 理想氣體一元恒定流動的基本方程1.8.3 氣體在管道中的運動1.9 離心式風機1.9.1 離心式風機的基本結構和工作原理1.9.2 離心式風機的性能參數(shù)與性能曲線1.9.3 離心式風機性能參數(shù)的換算1.9.4 離心式風機的工作點及流量調節(jié)1.9.5 離心式風機的并聯(lián)和串聯(lián)操作1.9.6 離心式風機的選擇思考題習題2 兩相運動現(xiàn)象2.1 緒論2.2 兩相與多相流的專用術語和基本特性參數(shù)2.3 粒子一流體的相互作用2.3.1 單粒子在流體中的受力分析2.3.2 單粒子的運動方程2.3.3 粒子云與流體的相互作用2.4 連續(xù)相方程2.4.1 流場的統(tǒng)計平均方法2.4.2 邊界粒子的影響2.4.3 準一維兩相流的守恒方程2.5 流體一固體兩相流的數(shù)值模擬2.5.1 不可壓縮流體流動過程數(shù)值求解的困難及解決的辦法2.5.2 原始變量法求解管道內(nèi)準一維流動問題舉例2.5.3 湍流流動數(shù)值模擬的主要方法2.5.4 數(shù)值模擬的基本程序思考題3 傳熱學基礎3.1 概述3.1.1 傳熱及其應用3.1.2 熱量傳遞的基本方式與熱流速率方程3.1.3 傳熱熱阻3.2 傳導傳熱3.2.1 導熱的基本概念3.2.2 導熱微分方程與定解條件3.2.3 穩(wěn)定態(tài)導熱的分析與計算3.2.4 非穩(wěn)定態(tài)導熱3.3 對流換熱3.3.1 對流換熱概述3.3.2 對流換熱過程的數(shù)學描述3.3.3 強制流動時的對流換熱3.3.4 自然對流時的對流換熱3.3.5 流體有相變時的對流換熱3.4 輻射換熱3.4.1 熱輻射的基本概念3.4.2 黑體輻射定律3.4.3 實際物體和灰體的輻射3.4.4 角系數(shù)3.4.5 兩個灰體之間的輻射換熱3.4.6 多個灰體表面組成封閉系統(tǒng)時的輻射傳熱3.4.7 輻射換熱的強化與削弱3.4.8 氣體輻射3.5 傳熱過程與換熱器3.5.1 傳熱過程與復合傳熱3.5.2 換熱器思考題習題4 質量傳遞基礎4.1 傳質基本概念4.1.1 濃度4.1.2 分數(shù)表示法4.1.3 速度4.2 分子擴散傳質4.2.1 斐克(Fick)定律4.2.2 分子擴散系數(shù)4.2.3 流體中的分子擴散4.2.4 固體中的分子擴散4.2.5 非穩(wěn)態(tài)擴散4.3 對流傳質4.3.1 濃度邊界層與對流傳質系數(shù)4.3.2 對流傳質準數(shù)方程4.4 傳質與化學反應4.4.1 非均勻化學反應與擴散傳質4.4.2 均勻化學反應與擴散傳質4.4.3 球形顆粒的縮核反應與傳質思考題習題5 物料干燥5.1 概述5.1.1 固體物料的去濕方法5.1.2 物料的干燥方法5.2 干燥靜力學5.2.1 濕空氣的性質5.2.2 濕空氣狀態(tài)的變化過程5.2.3 水分在氣一固兩相間的平衡5.3 干燥速率和干燥過程5.3.1 恒定干燥條件下的干燥速率5.3.2 影響干燥速率的因素5.3.3 間歇干燥過程的干燥時間計算5.3.4 連續(xù)干燥過程5.4 干燥技術5.4.1 對流干燥5.4.2 傳導干燥5.4.3 輻射干燥5.4.4 場干燥技術思考題習題6 燃料及其燃燒6.1 燃料的種類及其組成6.1.1 燃料的種類6.1.2 固體燃料和燃料油的組成6.1.3 氣體燃料6.2 燃料的性質6.2.1 燃料的發(fā)熱量6.2.2 煤的特性6.2.3 燃料油特性6.2.4 氣體燃料特性6.3 燃燒計算6.3.1 燃料燃燒所需空氣量的計算6.3.2 煙氣量及煙氣組成計算6.3.3 生產(chǎn)中煙氣量、空氣量及過剩空氣系數(shù)的計算6.3.4 燃燒溫度計算6.3.5 影響理論燃燒溫度的各因素6.4 燃料的燃燒理論及過程6.4.1 燃燒理論6.4.2 不同燃料的燃燒過程6.5 潔凈燃燒技術6.5.1 燃燒污染與防治6.5.2 材料生產(chǎn)中的燃燒新技術思考題習題附錄A 場論初步附錄B 某些常見流體的熱物理性質附錄C 法向應力與應變率之間關系的推導附錄D 常用物理量的量綱與單位(SI制) 附錄E 部分材料的密度、導熱系數(shù)、比熱容和蓄熱系數(shù)附錄F 某些材料在法線方向上的黑度附錄G 計算輻射系數(shù)和核算面積的公式和圖附錄H 無限大平板的計算圖附錄I CO2和水蒸氣輻射率的計算圖參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：0 緒論0.3 關于材料工程基礎的教學動量、能量和質量的傳輸現(xiàn)象是我們口常生活和工業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的現(xiàn)象，可謂無處不在，無時不在。因而，我們要密切聯(lián)系實際地學習、認識和研究傳輸現(xiàn)象的主要特征和基本規(guī)律。教師在授課過程中要密切結合學生所熟悉的生活和生產(chǎn)的實際，深入淺出地進行講解。學生在自學或聽課中也要處處自覺地與現(xiàn)實實際相聯(lián)系，從而使認識得到升華，使理解更加透徹。本課程的教學必須有相應的實驗室試驗和演示來配合完成。由于受篇幅的限制，具體實驗指導書不含在本教材之中。 為了鞏固和發(fā)展學生在基礎課學習中已掌握的數(shù)學、物鯉方面的知識，本教程比較充分地應用了數(shù)學和物理分析方法，故在教與學的過程中，要溫習已學過的知識，從而達到溫故而知新、循序漸進的目的。嚴格意義上講，三大傳輸方程至今無法得到完全的解析解。所給出的某些解析解，都是針對一些具體情況簡化定解問題后的解析結果。學習這些求解過程，對提高我們分析問題和解決問題的能力無疑有很大的幫助。然而，隨著計算機的迅速發(fā)展，通過數(shù)字模擬計算的方法來求解三大傳輸方程，進而實現(xiàn)對過程或單元子系統(tǒng)的虛擬理論研究已成為現(xiàn)實，此任務將由后續(xù)的“計算機在材料科學與工程中的應用”課程來完成，本課程的學習只是奠定一個基礎。在本課程的教學中尤其要高度重視學生觀察事物現(xiàn)象、分析現(xiàn)象本質及其各影響因素之間的相互關系，抓住主要矛盾并簡化定解問題，靈活運用解析解、數(shù)值分析法、相似法、類比法等分析和處理問題的思路和能力的培養(yǎng)。要強調一些具體結論的適用條件和范圍，絕不能將結論當作教條去灌輸和學習。否則，我們就無法培養(yǎng)出一代具有創(chuàng)新精神和實踐能力的可靠接班人和建設者，提高我國的自主創(chuàng)新能力和建設創(chuàng)新型國家的宏偉藍圖也將無法實現(xiàn)。如緒論開頭所述，材料工程基礎是一個新的課程體系，其內(nèi)容尚不夠完整，各部分的關系也欠和諧，完善該課程體系的任務還任重道遠。

編輯推薦

《材料工程基礎》可作為高等學校材料科學與工程類專業(yè)本科生教學的教材，以及研究生的教學參考書。也可供在材料類工業(yè)領域中從事科研、設計、生產(chǎn)的工程技術人員閱讀參考。

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