化工传递原理教程（任永胜）

《化工传递原理教程》从研究动量传递、热量传递和质量传递三种传递过程的机理入手，阐明传递过程的基本规律、基本概念、基本物理现象、处理问题的基本方法及三种传递过程的类似律。内容包括传递过程微分方程，传递过程微分方程在动量传递、热量传递和质量传递中的应用与求解，传递现象类似律。各章小结精练地概括了学习重点，每章均附有例题、思考题和习题，并通过课堂/课外讨论题目帮助读者深入了解传递过程相关内容。 本书可作为高等学校化工、能源、石油、冶金、热能、食品、环境、材料等专业本科生、研究生的教材或教学参考书，也可作为上述专业的研究人员和高校教师的参考书。

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第1篇传递过程微分衡算方程001 第1章传递过程控制方程的建立002 1.1基本概念002 1.1.1连续介质假定002 1.1.2描述流体运动的方法及随体导数003 1.1.3迹线与流线008 1.1.4系统与控制体009 1.1.5现象方程及其相似性010 1.2单组分体系微分质量衡算方程——连续性方程014 1.2.1连续性方程的推导014 1.2.2连续性方程的简化017 1.3多组分体系微分质量衡算方程——质量传递微分方程018 1.3.1描述质量分子扩散现象的数学表达式018 1.3.2质量传递微分方程的推导及简化023 1.4微分动量衡算方程026 1.4.1以应力表示的微分动量衡算方程026 1.4.2黏性流体的运动微分方程——纳维-斯托克斯方程034 1.5微分能量衡算方程037 1.5.1采用欧拉观点推导微分能量衡算方程038 1.5.2采用拉格朗日观点推导微分能量衡算方程041 1.5.3能量方程的简化042 1.6定解条件044 1.6.1初始条件044 1.6.2边界条件044 1.7本章小结与应用046 1.7.1本章小结046 1.7.2本章应用举例047 1.7.3课堂/课外讨论051 1.7.4思考题051 习题051 第2篇传递微分方程在动量传递中的应用053 第2章运动方程的解054 2.1流体在两平板间作等温稳态层流055 2.2流体在圆管与套管环隙中作等温稳态层流058 2.2.1流体在圆管内流动058 2.2.2套管环隙内的轴向流动061 2.2.3套管环隙内的周向稳态流动063 2.3降膜流动066 2.4爬流067 2.5无黏性流动070 2.5.1欧拉方程070 2.5.2流体的点旋度071 2.5.3流函数071 2.5.4圆柱稳态绕流074 2.5.5速度势函数076 2.5.6流函数与速度势函数的关系076 2.6非稳态流动078 2.7本章小结与应用080 2.7.1本章小结080 2.7.2应用举例082 2.7.3课堂/课外讨论085 2.7.4思考题085 习题085 第3章边界层理论088 3.1普朗特边界层理论088 3.2流动边界层的形成和发展089 3.3普朗特边界层方程092 3.3.1普朗特边界层动量微分方程092 3.3.2平板层流边界层的精确解095 3.4卡门边界层方程100 3.4.1卡门边界层动量积分方程100 3.4.2平板层流边界层的近似解103 3.5边界层的分离107 3.5.1边界层分离现象107 3.5.2边界层分离的条件108 3.6本章小结与应用110 3.6.1本章小结110 3.6.2应用举例111 3.6.3课堂/课外讨论114 3.6.4思考题114 习题115 第4章湍流运动的基本方程与湍流理论117 4.1湍流概述及湍流的统计平均117 4.1.1湍流的基本特性117 4.1.2临界雷诺数118 4.1.3湍流的描述119 4.2湍流的基本方程121 4.2.1时均运算法则122 4.2.2湍流连续性方程123 4.2.3湍流时均动量方程——雷诺方程123 4.2.4雷诺应力124 4.3普朗特混合长理论126 4.3.1涡黏性假设126 4.3.2普朗特混合长理论126 4.3.3普朗特混合长理论应用于无限大平壁湍流流动128 4.4圆管中的稳态湍流130 4.4.1光滑管中的湍流130 4.4.2粗糙管中的湍流133 4.5平壁湍流边界层的近似解137 4.5.1卡门边界层动量积分方程在平壁湍流边界层中的应用137 4.5.2层流底层厚度的估算138 4.5.3壁面上剪应力τw和范宁摩擦因子f139 4.5.4平壁混合边界层的近似计算140 4.6本章小结与应用141 4.6.1本章小结141 4.6.2应用举例142 4.6.3课堂/课外讨论147 4.6.4思考题148 习题148 第3篇传递微分方程在热量传递中的应用150 第5章微分能量衡算方程在热传导中的解151 5.1稳态导热151 5.1.1一维稳态导热151 5.1.2二维稳态导热162 5.2非稳态导热169 5.2.1非稳态导热概述169 5.2.2半无限厚介质的非稳态导热170 5.2.3有限厚介质的非稳态导热176 5.2.4多维非稳态导热185 5.2.5热量扩散系数等参数的测定191 5.3本章小结与应用200 5.3.1本章小结200 5.3.2应用举例200 5.3.3课堂/课外讨论203 5.3.4思考题204 习题204 第6章对流传热206 6.1对流传热概述206 6.1.1对流传热的影响因素及分类206 6.1.2对流传热的研究方法207 6.2对流传热机理与对流传热系数207 6.2.1对流传热机理207 6.2.2温度边界层（热边界层）208 6.2.3对流传热系数209 6.3对流传热微分方程组及无量纲数群211 6.3.1对流传热的微分方程组211 6.3.2对流传热中的无量纲数群及其物理意义212 6.4平板壁面对流传热216 6.4.1平板壁面上层流传热的精确解216 6.4.2平板壁面上层流传热的近似解221 6.4.3平板壁面上湍流传热的近似解226 6.5管内对流传热229 6.5.1管内强制层流传热的理论分析229 6.5.2管内对流传热的量纲分析234 6.5.3管内湍流传热的类似律237 6.6自然对流传热242 6.6.1自然对流系统的运动方程和能量方程242 6.6.2自然对流系统的对流传热系数243 6.7本章小结与应用245 6.7.1本章小结245 6.7.2应用举例245 6.7.3课堂/课外讨论250 6.7.4思考题250 习题251 第7章热辐射254 7.1热辐射的基本定律254 7.1.1热辐射的基本概念254 7.1.2热辐射的基本定律256 7.1.3实际物体的热辐射特性259 7.2辐射换热计算264 7.2.1黑体表面间的辐射换热264 7.2.2灰体表面间的辐射换热270 7.2.3辐射换热的网络方法272 7.2.4气体辐射275 7.2.5气体与围壁表面间的辐射换热280 7.3本章小结与应用281 7.3.1本章小结281 7.3.2应用举例281 7.3.3课堂/课外讨论283 7.3.4思考题283 习题284 第4篇传递微分方程在质量传递中的应用286 第8章分子扩散287 8.1分子扩散机理287 8.2分子扩散系数的测定与计算289 8.2.1气体扩散系数289 8.2.2液体扩散系数291 8.2.3固体中的扩散系数292 8.3通过静止气膜的扩散293 8.4下降液膜中的扩散294 8.4.1气体吸收295 8.4.2固体溶解297 8.5多孔催化剂内的扩散298 8.6伴有化学反应的分子扩散300 8.6.1伴有均相化学反应的分子扩散301 8.6.2伴有多相化学反应的分子扩散302 8.7本章小结与应用304 8.7.1本章小结304 8.7.2应用举例304 8.7.3课堂/课外讨论307 8.7.4思考题307 习题307 第9章对流传质309 9.1对流传质机理与对流传质系数309 9.1.1对流传质机理309 9.1.2对流传质系数311 9.2稳态层流传质314 9.2.1平板壁面上的层流传质314 9.2.2圆管中的层流传质316 9.3湍流传质318 9.3.1时均浓度和脉动浓度319 9.3.2湍流质量通量的半经验式319 9.3.3平壁上的湍流传质320 9.4本章小结与应用321 9.4.1本章小结321 9.4.2应用举例321 9.4.3课堂/课外讨论324 9.4.4思考题324 习题324 第10章相际传质326 10.1相际平衡和平衡浓度326 10.2相际对流传质模型326 10.2.1停滞膜模型327 10.2.2溶质渗透模型327 10.2.3表面更新模型329 10.3伴有化学反应的相际传质过程331 10.3.1体积传质系数的估算331 10.3.2伴有快速反应的吸收334 10.4界面力对质量传递的影响335 10.4.1上升气泡中循环的消除337 10.4.2降膜的Marangoni不稳定性337 10.5本章小结与应用339 10.5.1本章小结339 10.5.2应用举例339 10.5.3课堂/课外讨论340 10.5.4思考题340 习题340 第5篇传递现象相似341 第11章传递现象类似律342 11.1动量、热量和质量传递类比概述342 11.2类比的特征数343 11.3雷诺类似律344 11.3.1层流雷诺类似律344 11.3.2湍流雷诺类似律346 11.3.3雷诺类似律的实质及准数的物理意义347 11.4普朗特-泰勒类似律348 11.5卡门类似律351 11.6j因子类似律354 11.7速度、温度和浓度边界层的类似355 11.8非稳态下的三传类比357 11.9本章小结与应用359 11.9.1本章小结359 11.9.2应用举例360 11.9.3课堂/课外讨论363 11.9.4思考题363 习题364 附录365 附录A误差函数表365 附录B非稳态传递问题解的图示366 附录C贝塞尔函数表376 附录D二元体系的质量扩散系数377 附录E双曲函数表379 参考文献382