本书是化工传递过程方面的基础教材，内容上重视传递过程物理原理的解释及化工过程量化方法的阐述。第1章旨在帮助读者迅速理解课程的内容和意义；第11章总结了传递模型化方法并通过实例让读者领略其魅力；主体内容第2-10章依次介绍了动量传递、热量传递和质量传递，每种传递过程均为3章篇幅并相互对应，其中，第2、5、8章分别介绍各种传递过程的机理和模型，第3、6、9章讲解各种分子传递过程的求解分析，第4、7、10章则介绍对流传递现象的规律和量化方法。各章均附有例题、思考题和习题，并通过“学习提示”和“拓展文献”，帮助读者理解运用本书内容。
本书可作为高等理工院校化学工程与工艺专业的本科生教材，也可作为石油化工、冶金工程、轻化工程、高分子化工、生物工程、环境工程等有关专业的研究人员和高校教师的参考书。
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本书是“21世纪高等院校教材”之一，全书共分11个章节，主要对传递过程物理原理的解释及化工过程量化方法作了介绍，具体内容包括流体流动的机理与模型化、微分运动方程的若干解析、热量传递及其微分方程、传质边界层及对流传质理论等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。
目 录
前言
主要符号说明
第1章 绪论 1
1.1 化工科学的发展与传递学科的成长 1
1.2 化工过程的平衡与速率 3
1.3 传递过程速率的量化方法 5
拓展文献 9
学习提示 10
思考题 10
习题 10
第2章 流体流动的机理与模型化 12
2.1 流体与流动的基本概念 12
2.1.1 流体的连续性 12
2.1.2 流速和流率 13
2.1.3 定态流动与非定态流动 14
2.1.4 黏性流体与理想流体 14
2.1.5 层流和湍流 14
2.1.6 牛顿黏性定律 15
2.1.7 动量传递现象 16
2.1.8 流动阻力与阻力系数 18
2.2 描述流动问题的方法 19
2.2.1 系统和控制体 19
2.2.2 拉格朗日法和欧拉法 19
2.2.3 物理量的时间导数 20
2.3 微分质量衡算与连续性方程 21
2.3.1 连续性方程的推导 21
2.3.2 连续性方程的分析 23
2.3.3 柱坐标系和球坐标系巾的连续性方程 24
2.4 流体的受力 25
2.4.1 体积力和表面力 26
2.4.2 表面应力与应变速率的关系 28
2.5 维流动的薄壳动量衡算 30
2.5.1 薄壳衡算 30
2.5.2 通过网管的流动 31
2.6 微分运动方程 35
2.6.1 用应力表示的微分运动方程 35
2.6.2 运动方程与机械能方程 37
2.6.3 奈维斯托克斯方程 38
2.6.4 奈维斯托克斯方程的求解 40
2.7 量纲分析与放大 42
2.7.1 量纲与单位 44
2.7.2 奈维斯托克斯方程的量纲分析 45
2.7.3 白金汉方法 49
拓展文献 54
学习提示 54
思考题 55
习题 56
第3章 微分运动方程的若干解析 59
3.1 一维定态流动 59
3.1.1 平壁间定态层流 59
3.1.2 平壁面上降膜流动 62
3.1.3 套管环隙间的轴向定态层流 63
3.1.4 套管环隙间的周向层流 67
3.2 非定态流动问题简介 69
3.3 流函数和势函数 72
3.3.1 平面流、轴对称流动和流函数 72
3.3.2 流线和迹线 74
3.3.3 理恕流体和欧拉方程 75
3.3.4 势流和势函数 75
3.4 二维绕流 76
3.4.1 绕无限长圆柱体的势流 77
3.4.2 爬流 79
拓展文献 83
学习提示 83
思考题 84
习题 84
第4章 近壁区域的大雷诺数流动 87
4.1 边界层流动 88
4.1.1 边界层概念 88
4.1.2 平板层流边界层方程 89
4.1.3 平板层流边界层方程的精确解 91
4.1.4 边界层的分离和尾流 95
4.2 湍流流动 96
4.2.1 湍流与湍流边界层 97
4.2.2 湍流的表征 100
4.2.3 雷诺方程和雷诺应力 101
4.2.4 湍流的半经验模型 103
4.2.5 湍流的通用速度分布 105
4.3 圆管内的入口段和湍流流动 106
4.3.1 圆管入口段流动 107
4.3.2 圆管湍流的速度分布 108
4.3.3 光滑同管湍流的范宁摩擦因数 110
4.3.4 粗糙网管湍流的范宁摩擦因数 111
4.4 卡门动量积分方程 113
4.4.1 平板上边界层的动量衡算 113
4.4.2 平板上层流边界层的近似解 116
4.4.3 平板上湍流边界层的近似解 117
拓展文献 119
学习提示 120
思考题 121
习题 121
第5章 热量传递及其微分肓程 124
5.1 热量传递方式 125
5.1.1 热传导 125
5.1.2 对流传热 126
5.1.3 热辐射 127
5.1.4 实例说明 128
5.2 能量方程 129
5.2.1 能量方程的推导 129
5.2.2 能量方程的特定形式 132
5.2.3 柱坐标系和球坐标系的能量方程 133
5.2.4 能量方程的定解条件 134
拓展文献 135
学习提示 135
思考题 135
习题 136
第6章 热传导 138
6.1 定态热传导 138
6.1.1 无内热源的一维定态热传导 138
6.1.2 有内热源的一维定态热传导 141
6.1.3 肋的定态热传导 142
6.1.4 多维定态热传导 147
6.2 非定态热传导 151
6.2.1 非定态热传导过程概述 151
6.2.2 忽略内部热阻的非定态导热与集总热容法 154
6.2.3 内部和表面热阻均不可忽略的一维非定态导热 156
6.2.4 多维非定态导热 159
拓展文献 161
学习提示 161
思考题 162
习题 163
第7章 对流传热 166
7.1 对流传热与对流传热系数 166
7.1.1 对流传热的种类与研究方法 166
7.1.2 温度边界层、流体温度分布与对流传热系数 167
7.2 平板壁面对流传热 169
7.2.1 平板壁面上层流传热的精确解 169
7.2.2 平板壁面上层流传热的近似解 173
7.2.3 平板壁面上湍流传热的近似解 175
7.3 网管内对流传热 176
7.3.1 圆管内对流传热系数 177
7.3.2 圆管入口段的对流传热 178
7.3.3 圆管内强制层流传热的理论分析 179
7.3.4 圆管内强制对流传热的经验关联式 183
7.4 白然对流传热简介 185
拓展文献 186
学习提示 187
思考题 187
习题 188
第8章 质量传递：现象、机理及模型 190
8.1 过程单元中的传质 190
8.2 传质机理 193
8.2.1 扩散传质 193
8.2.2 对流传质 195
8.2.3 传质的工程描述 195
8.3 传质中的基本物理量 197
8.3.1 物质的数量、浓度和组成 197
8.3.2 传质速度 198
8.3.3 传质通量 199
8.4 传质微分方程 201
8.4.1 传质微分方程的建立 201
8.4.2 传质微分方程的应用和求解 205
拓展文献 208
学习提示 208
思考题 209
习题 209
第9章 气体、液体及固体中的扩散传质 212
9.1 气体中的定态扩散传质 212
9.1.1 组分A经停滞组分B的定态扩散 212
9.1.2 等分子反方向定态扩散 216
9.1.3 伴有化学反应酌定态扩散 218
9.1.4 气体巾组分的扩散系数 220
9.2 液体中的定态扩散传质 222
9.2.1 液体巾的扩散和扩散系数 222
9.2.2 两组分混合物定态扩散 225
9.3 固体中的定态扩散传质 227
9.3.1 非结构化扩散模型 228
9.3.2 结构化扩散模型 230
9.4 停滞介质中非定态扩散传质：热质类比法 234
9.4.1 问题的提出 235
9.4.2 热质类比法求解示例 237
拓展文献 239
学习提示 239
思考题 240
习题 241
第10章 传质边界层及对流传质理论 245
10.1 浓度边界层和对流传质 245
10.1.1 浓度边界层的概念、定性和定量特征 245
10.1.2 浓度边界层与对流传质系数 248
10.2 定态层流传质的精确解 250
10.2.1 平板壁面上层流传质的精确解 251
10.2.2 网管内层流传质的精确解 255
10.3 浓度边界层积分传质方程 259
10.3.1 平板壁面上层流传质的近似解 259
10.3.2 平板壁面上湍流传质的近似解 263
10.4 动量传递、热量传递以及质量传递间的类似律 265
10.4.1 扩散传递过程的类比关系 266
10.4.2 对流传递过程的类比关系 266
拓展文献 271
学习提示 271
思考题 272
习题 272
第11章 传递过程模型化方法 276
11.1 模型化方法简述 276
11.2 模型化方法应用实例 278
11.2.1 物理模型和假设 279
11.2.2 控制方程 280
11.2.3 定解条件 280
11.2.4 模型求解 281
11.2.5 数值模拟结果与讨论 283
11.2.6 小结 286
拓展文献 287
学习提示 287
思考题 287
参考文献 288
附录 289
附录1非稳态一维导热的工程简易算图 289
附录2扩散系数 292
附录3碰撞积分与伦纳德琼斯势参数数值表 294
第2章 流体流动的机理与模型化
如前所述，为揭示流体流动系统内部物理量的变化规律，解决诸如速度分布、压强分布和流动阻力的计算问题，必须进行微分衡算。本章首先介绍流体与流动的一些重要概念和方法，之后通过对等温流动系统进行微分质量衡算和微分动量衡算，建立动量传递的微分方程——连续性方程和运动方程，最后介绍一种半经验性的模型化方法（量纲分析）。
本章学习中，要仔细理解连续性方程和运动方程的物理意义和来历，同时要注意对于微分衡算方法及量纲分析的领会。
2.1 流体与流动的基本概念
2.1.1 流体的连续性
微观上看，流体由大量分子组成，分子不断地、无规则地运动着。分子之间具有空隙。例如，常压下每立方毫米的空气中有2.7×1015个气体分子，空气分子的平均自由程约为7×10-4mm。大多数工程实际情况下涉及的是流体的宏观特征，若将平均自由程近似看作是分子之间的空隙，与流体流动中所涉及的设备或管道尺寸相比，则分子间的空隙可忽略，从而可假定流体是由流体微团构成的连续相，其中没有空隙，也就是说，可把流体看成是连续的介质。这一概念只适用于宏观情况，可以说流体作为连续介质处理的论述，只有在流体微团内所包含的分子数很大，具有平均统计意义时才是正确的。……
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