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第1篇 动量传输1

1 流体的性质和流动的基本概念1

1.1 流体的概念及物理性质1

1.1.1 什么是流体1

1.1.2 流体的密度、质量体积2

1.1.3 流体中的作用力和压强2

1.1.4 流体的黏度和牛顿豁性定理4

1.1.5 流体的分类5

1.2 流体的流动类型6

1.2.1 稳态流动与非稳态流动6

1.2.2 层流流动和紊流流动7

1.2.3 不可压缩和可压缩流动8

1.2.4 动量传输的研究内容及分类9

2 流体流动的数学物理方程10

2.1 流体的连续介质假设10

2.2 流体流动的描述11

2.3 流体运动的基本概念11

2.3.1 迹线11

2.3.2 流线12

2.3.3 流管和流束13

2.3.4 流量和流速13

2.3.5 流场和流函数14

2.4 流体静力学方程14

2.5 描述流体运动的基本方程15

2.5.1 控制体16

2.5.2 控制体物理量的数学描述16

2.6 质量守恒方程—连续性方程18

2.6.1 直角坐标系的连续性方程18

2.6.2 一维总流的连续性方程—连续性方程的积分形式19

2.7 理想流体流动动量守恒方程—欧拉方程20

2.8 实际流体流动动量守恒方程—纳维—斯托克斯方程21

2.9 理想流体流动能量守恒方程—伯努利方程23

2.9.1 欧拉方程在稳定条件下沿流线积分23

2.9.2 欧拉方程在稳态有势流动情况下的积分24

2.10 流体流动冲量方程25

3 流体流量和压强的测量原理27

3.1 毕托管测压测速原理27

3.2 孔板流量计测压测速原理28

3.3 文丘里管流量计测压测速原理29

4 相似原理和量纲分析30

4.1 相似的基本概念30

4.1.1 运动相似31

4.1.2 动力相似31

4.2 流体流动过程中相似准数的导出32

4.2.1 相似准数的导出32

4.2.2 相似准数的意义与性质34

4.3 相似三定律34

4.3.1 相似第一定律34

4.3.2 相似第二定律34

4.3.3 相似第三定律35

4.4 量纲分析35

4.4.1 量纲35

4.4.2 量纲表达式36

4.4.3 量纲和谐原理36

4.4.4 相似准数的转换37

4.5※ 模型研究法39

4.5.1 模型相似条件39

4.5.2 近似模型法40

4.5.3 流体流动的稳定性与近似模拟40

4.5.4 模型设计40

4.5.5 实验结果处理41

5 流体流动的机械能衡算与阻力损失42

5.1 流体流动的机械能衡算42

5.2 流体流动的能量损失43

5.2.1 沿程阻力损失43

5.2.2 局部阻力损失43

5.2.3 总阻力损失43

5.3※ 管内流动速度分布与流动阻力43

5.3.1 层流管内速度的分布44

5.3.2 湍流管内速度的分布45

5.3.3 流体流动阻力的计算46

5.3.4 圆形直管内的流动阻力46

5.4※ 局部阻力损失计算47

5.4.1 突然扩张时的局部阻力损失47

5.4.2 逐渐扩张时的局部阻力损失49

5.4.3 突然收缩时的局部阻力损失49

5.4.4 气流改变方向时的局部阻力损失49

5.5※ 流体绕过单个颗粒的阻力计算50

5.6※ 特殊阻力引起的阻力损失计算50

5.6.1 通过蓄热室格子砖时的阻力损失50

5.6.2 通过管束时的阻力损失51

5.6.3 通过散料层时的阻力损失52

5.6.4 通过文氏管时的阻力损失55

5.6.5 供气管道和排烟烟道内的阻力损失57

动量传输思考题61

动量传输习题61

第2篇 热量传输66

6 热量传输的基本方式66

6.1 传热的基本概念66

6.1.1 温度场66

6.1.2 等温面与等温线66

6.1.3 温度梯度67

6.1.4 热流密度矢量67

6.2 热量传递的基本方式67

6.2.1 热传导68

6.2.2 热对流69

6.2.3 热辐射70

6.2.4 综合传热71

7 导热74

7.1 导热基本定律74

7.2 热导率75

7.2.1 固体的热导率76

7.2.2 液体的热导率77

7.2.3 气体的热导率77

7.3 导热微分方程及其单值性条件77

7.3.1 导热微分方程式的导出77

7.3.2 导热微分方程式的单值性条件80

7.4 稳态导热的分析解法83

7.4.1 平壁的稳态导热83

7.4.2 圆筒壁的稳态导热87

7.4.3 球壁的稳态导热89

7.5 非稳态导热90

7.5.1 一维非稳态导热问题的分析解91

7.5.2 非稳态导热的图算法（诺模图）95

7.5.3 特殊多维非稳态导热的简易求解方法98

7.5.4 集总参数法99

7.6※ 导热问题的数值解法基础102

7.6.1 有限差分法的基本原理103

7.6.2 节点温度差分方程组的求解方法105

8 对流换热107

8.1 牛顿冷却公式与对流换热系数107

8.1.1 牛顿冷却公式107

8.1.2 对流换热的影响因素107

8.1.3 对流换热的主要研究方法109

8.2 对流换热的数学描述110

8.2.1 对流换热微分方程组及其单值性条件110

8.2.2 边界层理论与对流换热微分方程组的简化113

8.3 外掠等壁温平板层流换热分析解法117

8.3.1 外掠平板层流换热分析结果117

8.3.2 对流换热准数方程119

8.3.3 动量传递与热量传递的比拟121

8.4 自然对流换热123

8.4.1 自然对流换热的数学描述124

8.4.2 大空间自然对流换热准数方程128

8.5 强制对流换热131

9.5.1 管内强迫对流换热131

8.5.2 外掠壁面强迫对流换热138

8.6※ 相变换热143

8.6.1 凝结换热143

8.6.2 沸腾换热148

8.6.3 热管的工作原理151

9 辐射换热153

9.1 热辐射理论基础153

9.1.1 辐射换热的基本概念153

9.1.2 黑体辐射的基本定律155

9.1.3 实际物体表面的辐射—灰体157

9.1.4 气体辐射161

9.2 辐射换热计算167

9.2.1 角系数167

9.2.2 黑体表面之间的辐射换热172

9.2.3 漫灰表面之间的辐射换热172

9.3 辐射换热的应用177

9.3.1 遮热板的原理177

9.3.2 辐射换热系数180

9.3.3※ 太阳辐射与太阳能利用181

热量传输思考题184

热量传输习题185

第3篇 质量传输190

10 质量传输基本概念及定律190

10.1 质量传输基本概念190

10.1.1 浓度190

10.1.2 分子传质的速度与通量190

10.2 菲克定律191

10.2.1 菲克定律表达式191

10.2.2 分子扩散系数191

10.3 对流传质193

11 传质微分方程194

11.1 传质微分方程的推导194

11.2 方程的简化195

11.3 常见的边界条件196

11.4 稳态分子传质196

11.4.1 通过静止气膜的扩散196

11.4.2 伴随有化学反应的稳态扩散198

11.5 非稳态分子传质199

12 对流传质201

12.1 对流传质的基本概念201

12.2 动量、热量和质量传输的类比202

12.2.1 雷诺类比203

12.2.2 普朗特类比203

12.2.3 卡门类比203

12.2.4 奇尔顿-科尔伯思类比203

12.3 对流传质系数的准数方程205

12.3.1 平板205

12.3.2 单个球体205

12.3.3 管内对流传质206

质量传输思考题207

质量传输习题207

第4篇 窑炉工程基础209

13 窑炉系统内的气体流动209

13.1 不可压缩气体的流动209

13.1.1 气体从窑炉内的流出和吸入209

13.1.2 分散垂直气流法则212

13.2 可压缩气体的流动213

13.2.1 声速和马赫数213

13.2.2 可压缩气体通过渐缩喷嘴流出214

13.3 烟囱221

13.3.1 烟囱的工作原理221

13.3.2 烟囱的热工计算222

13.4※ 喷射器227

13.4.1 喷射器的分类和构造227

13.4.2 喷射器的工作原理228

13.4.3 喷射器的参数方程228

13.4.4 喷射器的效率分析及合理尺寸的确定230

14 燃料及其燃烧234

14.1 燃料的分类及性质234

14.1.1 燃料的分类234

14.1.2 燃料的组成及表示方法234

14.2 燃料的热工性质及选用原则238

14.2.1 发热量（热值）238

14.2.2 其他热工性质241

14.2.3 燃料的选用原则246

14.3 燃烧的基本概念247

14.3.1 着火温度247

14.3.2 着火浓度范围248

14.3.3 火焰的性质及刚度248

14.3.4 火焰传播速度249

14.3.5 燃烧的脱火和回火现象251

14.3.6 燃料燃烧机理253

14.4 燃烧计算257

14.4.1 计算的目的与内容257

14.4.2 空气量、烟气量及烟气组成的计算257

14.4.3 燃烧温度的计算268

14.5 燃烧设备及其工作原理273

14.5.1 气体燃料燃烧设备工作原理273

14.5.2 液体燃料燃烧设备工作原理276

14.5.3 固体燃料燃烧设备工作原理282

15 窑炉系统热交换与余热回收289

15.1 窑炉系统热交换289

15.1.1 壁面与流体之间的复合换热289

15.1.2 流体之间通过器壁的换热290

15.1.3 窑炉内空间的换热293

15.2※ 窑炉余热回收器299

15.2.1 间壁式余热回收器300

15.2.2 间壁式余热回收器的传热计算302

15.2.3 传热的强化与削弱307

15.2.4 蓄热式余热回收器309

15.2.5 热管式余热回收器315

窑炉工程基础思考题320

窑炉工程基础习题320

附录322

附录Ⅰ 常见工程流体的黏度322

附录Ⅱ 常用物质的热导率324

附录Ⅲ 某些材料的发射率326

附录Ⅳ 某些体系的扩散系数327

附录Ⅴ 空间表面间辐射角系数的计算公式329

附录Ⅵ 常见燃料成分及发热值333

附录Ⅶ 常见物质的密度及其他物理性质334

附录Ⅷ 常见术语汉英对照表338

参考文献345