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第1篇 工程研究方法7

1 相似理论7

1.1 相似的概念7

1.1.1 物理相似7

1.1.2 相似现象10

1.1.3 相似准则12

1.2 相似理论基本定理14

1.2.1 相似第一定理14

1.2.2 相似第二定理14

1.2.3 相似第三定理15

思考题与习题15

2 相似准则的导出方法16

2.1 方程分析法16

2.1.1 相似转换法16

2.1.2 积分类比法17

2.1.3 方程无量纲化法18

2.2 量纲分析方法19

2.2.1 量纲的基本概念19

2.2.2 量纲公式22

2.2.3 物理量间函数关系的结构24

2.2.4 量纲的齐次性和完整性25

2.2.5 量纲分析的指数法27

2.2.6 量纲分析的矩阵法30

2.3 物理法则法37

思考题与习题38

3 模型研究40

3.1 模型研究的基本原则40

3.2 自模化40

3.3 近似相似41

3.4 模型设计与数据整理42

3.4.1 定型尺寸42

3.4.2 定性温度与介质温度43

3.4.3 工作介质与模型尺寸44

3.4.4 实验数据处理45

3.5 过程研究的环节47

3.5.1 小型工艺试验47

3.5.2 过程放大47

3.5.3 大型冷热态模型试验49

3.5.4 中间试验49

思考题与习题50

4 模型研究的工程应用52

4.1 流体动力模型研究52

4.1.1 流体动力模型相似准则的导出52

4.1.2 流体动力模型试验研究53

4.2 管道沿程阻力流体动力模型案例分析56

4.2.1 管道沿程阻力流体动力准则关系式57

4.2.2 管道内流体运动的普适阻力公式57

4.2.3 管道沿程阻力流体动力实验57

4.3 固体微粒在气流中的运动61

4.3.1 固体微粒运动方程62

4.3.2 固体微粒运动相似准则方程63

4.4 对流换热模型研究64

4.4.1 对流换热准则关系式65

4.4.2 局部热模化66

4.4.3 对流换热分析67

4.4.4 火焰隧道窑对流换热模型研究69

思考题与习题73

第2篇 动量、能量与质量传递与工程应用81

5 动量、能量与质量传递衡算方程81

5.1 总衡算方程81

5.1.1 系统与控制体81

5.1.2 总质量衡算方程82

5.1.3 总动量衡算式84

5.1.4 总能量衡算方程87

5.2 微分衡算方程90

5.2.1 质量传递微分方程90

5.2.2 动量传递微分方程91

5.2.3 能量传递微分方程95

5.3 动量、热量、质量传递的类似性98

5.3.1 三种传递形式在分子传递性质上的类似性98

5.3.2 三种传递的涡旋机制相似性99

思考题与习题100

6 边界层理论103

6.1 普朗特边界层理论模型103

6.2 层流向湍流的转捩104

6.3 速度边界层厚度104

6.4 温度边界层与浓度边界层106

6.4.1 温度边界层106

6.4.2 浓度边界层106

6.5 黏性不可压缩流体层流边界层方程107

6.6 普朗特边界层方程的精确解——布拉修斯解109

6.7 边界层动量积分方程——卡门关系式112

6.8 边界层的分离与形体曳力114

思考题与习题116

7 不可压缩流体运动的若干解117

7.1 平壁间的轴向稳态平行层流流动117

7.2 圆管中的轴向稳态层流流动——哈根-泊肃叶流动119

7.3 同心套管环隙间的轴向稳态层流与周向层流120

7.3.1 轴向稳态层流运动120

7.3.2 周向层流运动123

7.4 圆管中的湍流运动124

7.4.1 湍流的特征124

7.4.2 湍流运动方程125

7.4.3 普朗特混合长度理论127

7.4.4 圆管中黏性不可压缩流体的稳态湍流运动128

7.5 平板上湍流边界层的近似解132

思考题与习题133

8 热工设备中气流运动的阻力135

8.1 气流运动阻力的成因135

8.1.1 摩擦阻力135

8.1.2 局部阻力135

8.1.3 位压阻力136

8.1.4 气体通过散料层的阻力136

8.2 水泥工业预热器系统阻力的形成与控制139

8.2.1 预热器系统阻力介绍139

8.2.2 预热器阻力损失计算模型139

8.2.3 预热器系统的降阻措施140

8.3 玻璃工业蓄热室结构与阻力142

8.3.1 玻璃工业蓄热室的结构142

8.3.2 蓄热室气流阻力分析146

8.4 陶瓷隧道窑的码料方式与阻力146

8.4.1 隧道窑内阻力和码窑对窑烧成过程的影响146

8.4.2 调整码窑方法的原则148

思考题与习题149

9 导热150

9.1 导热微分方程的定解条件与求解方法150

9.1.1 定解条件150

9.1.2 求解方法151

9.2 稳态导热的分析解152

9.2.1 一维稳态导热的计算152

9.2.2 二维稳态传热计算160

9.3 非稳态导热的分析解163

9.3.1 薄壁物体内的非稳态导热计算164

9.3.2 厚壁物体内的非稳态导热计算（第三类边界条件）167

9.4 一维非稳态导热问题数值解171

思考题与习题176

10 对流换热178

10.1 对流换热机理178

10.2 圆管内的层流换热179

10.2.1 管内充分发展区的层流换热180

10.2.2 管内动力进口段的层流换热184

10.3 流体纵向流过平板时的层流换热190

10.3.1 流体纵向流过平板时层流换热的精确解190

10.3.2 流体纵向流过平板时层流换热的近似解195

10.4 动量传递与热量传递的类似律198

10.4.1 雷诺比拟199

10.4.2 普朗特比拟200

思考题与习题202

11 辐射换热203

11.1 热辐射的本质203

11.2 任意位置物体间的辐射换热204

11.2.1 辐射角系数204

11.2.2 灰体间的辐射换热计算210

11.2.3 具有遮热板的辐射换热系统216

11.2.4 具有镜面反射的物体间的辐射换热计算218

11.3 气体辐射220

11.3.1 气体辐射的特点220

11.3.2 气体的发射率和吸收率221

11.4 火焰辐射226

11.5 太阳辐射229

思考题与习题231

12 对流传质233

12.1 质量传递概述233

12.1.1 分子传质过程233

12.1.2 对流传质过程234

12.2 对流传质微分方程234

12.3 浓度边界层中的传质236

12.4 圆管内的稳态层流传质238

12.5 流体纵向流过平板壁面的层流传质241

12.5.1 流体纵向流过平板壁面时层流传质的精确解241

12.5.2 流体纵向流过平板壁面时层流传质的近似解243

12.6 动量、热量与质量传递过程的类似律244

12.6.1 雷诺类似律245

12.6.2 普朗特和卡门类比245

12.6.3 奇尔顿-柯尔伯恩类比248

思考题与习题250

13 能量传递规律的工程应用252

13.1 工业与民用建筑维护结构的隔热保温层设计252

13.1.1 隔热保温层设计原理252

13.1.2 工业窑炉炉体的耐热保温设计252

13.1.3 多功能复合墙板设计261

13.1.4 Low-E玻璃265

13.1.5 空气夹层在玻璃幕墙中的应用269

13.2 大体积混凝土施工中的温控271

13.2.1 概述271

13.2.2 大体积混凝土的水化放热271

13.2.3 大体积混凝土内部的温度和应力特征272

13.2.4 大体积混凝土内部温度场和应力场的计算机仿真模拟273

13.2.5 大体积混凝土施工及温控技术275

13.3 新型工业窑炉换热方式278

13.3.1 水泥预分解窑系统及换热特点278

13.3.2 陶瓷辊道窑及其换热特点280

13.3.3 玻璃熔制技术的改进281

思考题与习题283

第3篇 燃料燃烧与污染防治291

14 燃烧的基本理论291

14.1 燃烧的若干概念291

14.1.1 点火、可燃性与熄火291

14.2 燃烧热力学294

14.2.1 应用于反应系统的热力学第一定律294

14.2.2 应用于反应系统的热力学第二定律296

14.3 化学动力学300

14.3.1 化学反应速率300

14.3.2 基元反应与总反应的反应速度常数302

14.3.3 链式反应机理308

14.3.4 H2、CO及烷（烯）类碳氢化合物的氧化机理312

14.3.5 局部平衡近似法及其在CO-H2-O2反应中的应用316

思考题与习题318

15 气体燃料的燃烧过程320

15.1 非预混火焰长焰燃烧（扩散式燃烧）320

15.1.1 层流扩散火焰的结构与模型320

15.1.2 湍流扩散火焰325

15.2 预混火焰的燃烧328

15.2.1 短焰燃烧328

15.2.2 无焰燃烧339

思考题与习题341

16 液体燃料的燃烧过程342

16.1 液体燃料雾化燃烧的过程与火焰的结构342

16.2 单个油珠的蒸发模型343

16.3 蒸发油滴模型向单个燃烧油滴模型的扩展348

思考题与习题354

17 固体燃料的燃烧过程355

17.1 非均相反应的过程355

17.2 碳的燃烧模型355

17.2.1 单膜模型356

17.2.2 双膜模型363

17.3 煤粉的燃烧366

17.3.1 煤粉燃烧的特点366

17.3.2 煤粉烧嘴367

17.4 其他固体燃料简介368

思考题与习题369

18 燃烧污染与防治370

18.1 NOx的形成与防治370

18.1.1 NOx的产生370

18.1.2 氮氧化物的控制372

18.2 COx的形成与防治378

18.2.1 CO2减排技术379

18.2.2 CO的控制381

18.3 SOx形成与防治381

18.3.1 SOx的种类及生成机理381

18.3.2 SOx控制技术382

18.4 烟尘形成与防治390

18.4.1 烟尘种类及生成机理390

18.4.2 烟尘控制技术391

思考题与习题392

19 燃烧的强化393

19.1 概述393

19.2 强化燃烧的实际方法393

19.2.1 提高燃烧过程的温度394

19.2.2 减小燃料的粒度395

19.2.3 气流中颗粒的相对速度和燃烧的强化395

19.3 燃烧过程的组织395

19.3.1 湍流和燃烧的强化395

19.3.2 已燃气体的回流、火焰着火和燃烧强化396

19.3.3 旋转射流对火焰强化的影响397

19.3.4 燃料特性和燃烧的强化398

19.3.5 旋风炉燃烧及燃烧强化398

19.4 煤粉燃烧的强化398

19.4.1 煤粉燃烧过程与强化燃烧398

19.4.2 煤粉燃烧的强化措施399

19.4.3 回转窑的煤粉强化燃烧400

19.4.4 汽化式强化燃烧技术在锅炉中的应用400

19.5 气体燃料燃烧的强化401

19.5.1 气体燃料稳定燃烧的条件401

19.5.2 气体燃料燃烧过程的强化途径402

19.5.3 低热值气体燃料燃烧的强化403

19.6 液体燃料燃烧的强化403

19.6.1 液体燃料的燃烧过程403

19.6.2 液体燃料燃烧的强化405

19.6.3 乳化油及其燃烧强化406

思考题与习题406

20 燃烧器简介407

20.1 气体射流407

20.1.1 自由射流407

20.1.2 受限射流409

20.1.3 同心射流411

20.1.4 旋转射流412

20.2 气体燃料燃烧器415

20.2.1 长焰烧嘴415

20.2.2 无焰烧嘴416

20.2.3 短焰烧嘴416

20.3 液体燃料燃烧器418

20.3.1 压力雾化烧嘴418

20.3.2 机械雾化烧嘴419

20.3.3 气动雾化烧嘴419

20.3.4 气泡雾化烧嘴421

20.4 固体燃料燃烧器423

20.4.1 水煤浆燃烧器423

20.4.2 水泥回转窑用煤粉燃烧器424

20.4.3 低NOx煤粉燃烧器426

20.5 特种烧嘴429

20.5.1 高速等温烧嘴429

20.5.2 脉冲烧嘴430

20.5.3 调温烧嘴430

20.5.4 富氧／全氧燃烧器430

思考题与习题434

21 工业窑炉热工性能检测435

21.1 热工标定方案的制定435

21.1.1 平衡体系的确定435

21.1.2 热工标定方案的制定436

21.2 标定准备438

21.2.1 现场准备438

21.2.2 设备准备438

21.2.3 人员准备438

21.2.4 预测试438

21.3 工业窑炉热工性能检测范例439

21.3.1 测定项目与测点分布439

21.3.2 窑系统主机设备概况441

21.3.3 标定及计算数据汇总442

21.3.4 单项标定与计算446

21.3.5 窑炉系统两大平衡计算455

21.3.6 主要性能指标计算458

21.3.7 分析与建议459

附录466

附录1 常见气体的物理参数（标准大气压）466

附录2 某些饱和液体的物理性质472

附录3 常见液态金属的物理性质476

附录4 固体材料的物性参数477

附录5 几种气体的平均比热容？480

附录6 某些材料的发射率480

附录7 空气的相对湿度482

附录8 不同温度与不同风速的传热系数488

参考文献491