动量传递

本书系普通高等教育“十五”国家级规划教材《化工传递过程基础》（陈涛、张国亮主编，化学工业出版社，2002）的修订版，为“十一五”国家级规划教材。

本教材系统论述了化学工程中动量、热量与质量（“三传”）的基本原理、数学模型及求解方法，传递速率的理论计算，“三传”的类比及传递理论的工程应用等内容。全书共12章。第一章为传递过程概论，阐述流体流动导论、三传的类似性和衡算方法；第二～五章为动量传递，包括动量传递概论与动量传递微分方程、动量传递方程的若干解、边界层流动和湍流；第六～八章为热量传递，包括热量传递概论和能量方程、热传导和对流传热；第九～十一章为质量传递，包括质量传递概论和传质微分方程、分子传质和对流传质；第十二章为多种传递过程同时进行的过程，论述湍流下热、质同时传递和平面壁上层流边界层中同时进行“三传”的精确解。各章均附有例题和习题，以帮助读者对本书内容的理解和运用。本书还配有免费的教学支持材料可供参考，有需要的教室可登陆化学工业出版社教学资源网免费下载。

本书可作为“化学工程与工艺”专业的专业基础课教材，亦可作为化工类其他专业的选修课教材，也可供在化工领域从事科研、设计和生产的科技人员参考。

主要符号说明

绪论

第一章 传递过程概论

第一节 流体流动导论

一、精致流体的特性

二、流体流动的基本概念

第二节 动量、热量和质量传递的类似性

一、分子传递的基本定律

二、动量通量、热量通量和质量通量的普遍表达式

三、涡流传递的类似性

第三节 传递过程的衡算方法

一、总衡算

二、微分衡算

习题

第二章 动量传递概论和动量传递微分方程

第一节 动量传递概论

一、动量的分子传递和涡流传递

二、流体通过相界面的动量传递

第二节 描述流动问题的观点和时间导数

一、欧拉观点和拉格朗日观点

二、物理量的时间导数

第三节 连续性方程

一、连续性方程的推导

二、对连续方程的分析

三、柱坐标和球坐标系的连续性方程

第四节 运动方程

一、用应力表示的连续性方程

二、牛顿型流体的本构方程

三、牛顿型流体的运动方程

四、对奈维-斯托克斯方程的分析

习题

第三章 动量传递方程的若干解

第一节 曳力系数和范宁摩擦系数

一、绕流流动

二、封闭管道内的流动

第二节 平壁间与平壁面上的稳态层流

一、两平壁间的稳态层流

二、竖直平壁面上的降落液膜流动

第三节 圆管与套管环隙间的稳态层流

一、圆管中的轴向稳态层流

二、套管环隙间的稳态层流

三、同心套管环隙间的周向稳态层流

第四节 爬流

一、爬流的概念与爬流运动方程

二、粒子在流体中的沉降与斯托克斯定律

第五节 势流

一、理想流体的运动方程

二、流体的旋度与速度势函数

三、势流的求解

第六节 平面流与流函数的概念

一、平面流的概念

二、流函数

习题

第四章 边界层流动

第一节 边界层的概念

一、普朗特边界层理论的要点

二、边界层的形成

三、边界层厚度的定义

第二节 普朗特边界层方程

一、普朗特边界层方程的推导

二、平板层流边界层的精确解

第三节 边界层积分动量方程

一、边界层积分动量方程的推导

二、平板层流边界层的近似解

第四节 管道进口段内的流体流动

第五节 边界层分离

习题

第五章 湍流

第一节 湍流的特点、起因及表征

一、湍流的特点

二、湍流的起因

三、湍流的表征

第二节 湍流时的运动方程

一、雷诺方程

二、雷诺应力

第三节 湍流的半经验理论

一、波希尼斯克的湍流应力公式

二、普朗特混合长理论

第四节 无界固体壁面上的稳态流动

第五节 圆管中的湍流

一、圆管稳态湍流的通用速度分布方程

二、光滑圆管中的速度分布与流动阻力

三、粗糙管中的速度分布与流动阻力

第六节 平板壁面上湍流边界层的近似解

第七节 量纲分析在动量传递中的应用

一、柰维-斯托克斯方程的梁纲分析

二、伯金汉π定理

三、模型与相似

第六章 热量传递概论与能量方程

第一节 热量传递的基本方式

一、热传导（导热）

二、对流传热

三、辐射传热

四、同时进行导热、对流传热及辐射传热的过程

第二节 能量方程

一、能量方程的推导

二、能量方程的特定形式

三、柱坐标系与球坐标系的能量方程

习题

第七章 热传导

第一节 稳态热传导

一、无内热源的一维稳态热传导

二、有内热源的一维稳态热传导

三、二维稳态热传导

第二节 不稳态热传导

一、忽略内部热阻的不稳态导热——集总热容法

二、忽略表面热阻的不稳态导热

三、内部热阻和表面热阻均不能忽略时的大平板的不稳态导热

四、多维不稳态导热

五、一维不稳态导热的数值解

习题

第八章 对流传热

第一节 对流传热的机理与对流传热系数

一、对流传热机理

二、温度边界层（热边界层）

三、对流传热系数

第二节 平板壁面对流传热

一、平板壁面上层流传热的精确解

二、平板壁面上层流传热的近似解

三、平板壁面上湍流传热的近似解

第三节 管内对流传热

一、管内强制层流传热的理论分析

二、管内对流传热的量纲分析

三、管内湍流传热的类似率

第四节 自然对流传热

一、自然对流系统的运动方程和能量方程

二、自然对流系统的对流传热系数

习题

第九章 质量传递概论与传质微分方程

第一节 质量传递概论

一、混合物组成的表示方法

二、质量传递的基本方式

三、传质的速度与通量

第二节 传质微分方程

一、传质微分方程的推导

二、传质微分方程的特定形式

三、柱坐标系与球坐标系的传质微分方程

习题

第十章 分子传质（扩散）

第一节 一维稳态分子扩散的通用思虑方程

第二节 气体中的分子扩散

一、组份A通过停滞组分B的稳态扩散

二、等分子反方向稳态扩散

三、气体扩散系数的测定和计算

第三节 液体中的分子扩散

一、液体中的稳态分子扩散速率方程

二、组分A通过停滞组分B的稳态扩散

三、等分子反方向稳态扩散

四、液体扩散系数的计算

第四节 固体中的扩散

一、与固体结构无关的稳态扩散

二、多空固体中的稳态扩散

三、固体中的扩散系数

第五节 伴有化学反应的分子扩散过程

一、具有非均相化学反应的一维稳态扩散过程

二、具有均相化学反应的一维稳态分子扩散

习题

第十一章 对流传质

第一节 对流传质的机理与对流传质系数

一、对流传质机理

二、浓度边界层

三、对流传质系数

第二节 平板壁面对流传质

一、平板壁面上层流传质的精确解

二、平板壁面上层流传质上网近似解

三、平板壁面上湍流传质的近似解

第三节 管内对流传质

一、管内稳态层流传质

二、管内湍流传质的类似率

第四节 对流传质模型

一、停滞膜模型

二、溶质渗透模型

三、表面更新模型

习题

第十二章 多种传质同时进行的过程

第一节 热量和质量同时传递过程

一、湍流下热量和质量同时传递的过程

二、空气-水物系中热量和质量同时传递的过程

第二节 平板壁面层流边界层中同时进行动量、热量和质量传递的过程

一、平板壁面层流边界层中动量、热量和质量传递的基本微分方程

二、平板层流边界层中同时进行动量、热量和质量传递的精确解

习题

附录

附录A 主要物理量的单位换算表

附录B 误差函数表

附录C 扩散系数

附录D 分子扩散时ΩD～kT/εAB之间的关系表

附录E 伦纳德-琼斯参数σ、ε/k数值表

参考文献