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1　动量传输的基本概念1

1.1　流体的概念及连续介质模型1

1.1.1　流体的概念1

第一篇　动量传输1

1.1.2　连续介质模型2

1.2　流体的主要物理性质3

1.2.1 流体的惯性3

1.2.2　流体的压缩性和膨胀性4

1.3.1　黏性的概念6

1.2.3 可压缩流体和不可压缩流体6

1.3　流体的黏性6

1.3.2　牛顿黏性定律7

1.3.3　流体的黏度8

1.3.4　牛顿流体与非牛顿流体9

1.3.5　黏性流体与理想流体10

1.4　作用在流体上的力10

1.4.1 表面力10

1.4.3　流体的静压力11

1.4.2　体积力11

1.5　体系与控制体12

1.6　衡算方程13

2　动量传输的基本方程15

2.1　流体运动的描述15

2.1.1 研究流体运动的方法15

2.1.2 稳定流动与非稳定流动16

2.1.3 迹线和流线、流束和流管17

2.2　连续性方程19

2.2.1 直角坐标系的连续性方程20

2.2.2 一维总流的连续性方程22

2.2.3 圆柱坐标系和球坐标系的连续性方程23

2.3　理想流体动量传输微分方程——欧拉方程24

2.4　实际流体动量传输方程——纳维尔－斯托克斯方程26

2.5　伯努利方程30

2.5.1 理想流体的伯努利方程30

2.5.2 实际流体的伯努利方程31

2.5.3 伯努利方程的几何意义和物理意义31

2.5.4　实际流体总流的伯努利方程32

2.5.5 热气体沿管道流动的伯努利方程33

2.6.1 应用条件34

2.6　伯努利方程的应用34

2.6.2 应用举例35

3　层流流动及湍流流动40

3.1　流体的流动状态40

3.1.1 雷诺试验40

3.1.2 层流流动42

3.1.3 湍流流动45

3.2.1 管道中的层流流动48

3.2　管道中的流动48

3.2.2　管道中的湍流流动51

3.3　流动阻力与能量损失53

3.3.1 流动阻力的分类53

3.3.2　沿程阻力损失54

3.3.3　局部阻力损失59

3.4　管路计算60

3.4.1 简单管路的计算60

3.4.2 串联管路的计算60

3.4.3 并联管路的计算61

4.1　边界层概念64

4.1.1　边界层的定义64

4　边界层理论64

4.1.2　边界层的流态65

4.1.3　管流边界层66

4.2　边界层微分方程式66

4.2.1　微分方程的建立66

4.2.2　微分方程的解68

4.3.1 边界层积分方程的建立72

4.3　边界层积分方程式72

4.3.2　层流边界层积分方程的解74

4.3.3　湍流边界层积分方程的解75

4.4　平板绕流摩擦阻力计算75

4.4.1 不可压层流平板绕流的摩擦阻力76

4.4.2 不可压湍流平板绕流的摩擦阻力77

4.4.3　平板混合边界层的摩擦阻力78

4.5　边界层脱离现象81

4.5.1 边界层内的流动与脱离现象81

4.5.2　边界层的控制83

5.1 自由射流84

5.1.1 自由射流的结构84

5　射流84

5.1.2 动量守恒85

5.1.3 射流截面上的速度分布85

5.1.4　射流中心线上的流速86

5.2　半限制空间射流86

5.3　旋转射流87

5.3.2　旋流强度对气流结构的影响89

5.3.1 旋流强度89

6　可压缩气体流动91

6.1　可压缩气体的一些基本概念91

6.1.1 音速91

6.1.2 马赫数93

6.2　一元恒定等熵气流的基本方程及流速公式94

6.2.1 连续性方程94

6.2.2 动量方程95

6.2.3 状态方程95

6.2.4 流速公式96

6.3　一元恒定等熵气流的基本特性97

6.3.1 滞止状态97

6.3.2 临界状态98

6.3.3 极限状态99

6.4　气流参数与流通截面的关系101

6.5　渐缩喷管与拉瓦尔喷管103

6.5.1　渐缩喷管103

6.5.2 拉瓦尔喷管105

6.6.1 激波107

6.6　激波和膨胀波107

6.6.2　膨胀波108

7　气固两相流动110

7.1　单个颗粒在流体中的运动110

7.1.1 球形颗粒在流体中的稳定运动110

7.1.2　颗粒沉降计算111

7.2　通过固定床的流动112

7.2.1 管束理论和埃根（Ergun）方程113

7.2.2 围壁效应116

7.3.1　流化机理117

7.3　通过流化床的流动117

7.3.2　开始流化速度118

7.3.3　流化极限速度119

7.4　气力输送系统120

8　相似原理与模型研究方法123

8.1　相似的基本概念123

8.1.1 运动相似124

8.1.2　动力相似124

8.1.3　热相似124

8.1.4　对现象的一般数学描述及单值条件125

8.2　流体流动过程中相似准数的导出126

8.2.1 相似准数的导出127

8.2.2 相似准数的意义与性质129

8.3　相似三定理129

8.3.1 相似第一定理129

8.3.2　相似第二定理129

8.3.3　相似第三定理130

8.4　量纲分析法130

8.4.1 量纲130

8.4.4 π定理131

8.4.2　量纲表达式131

8.4.3 量纲和谐原理131

8.4.5 相似准数的转换133

8.5　模型研究方法133

8.5.1 模型相似条件134

8.5.2　近似模化法135

8.5.3 流体流动的稳定性与自模化性135

8.5.4 模型设计136

8.5.5 实验数据的整理137

9.1　研究的对象和目的140

第二篇　热量传输140

9　概论140

9.2　热量传输的三种方式141

9.2.1 传导传热（导热）141

9.2.2　对流传热（对流换热，对流给热）142

9.2.3　辐射传热143

9.3　综合传热和热阻145

10.1.3　等温面（线）148

10.1.2 稳态和非稳态传热148

10　稳态导热148

10.1.1 温度场148

10.1　导热的基本概念和定律148

10.1.4　温度梯度149

10.2　导热基本定律149

10.2.1 傅里叶定律149

10.2.2　热导率λ150

10.3　导热微分方程151

10.3.1 直角坐标系中的导热微分方程151

10.3.2 导热微分方程的单值性条件155

10.4　通过平壁的一维稳态导热156

10.4.1 第一类边界条件：表面温度为常数156

10.4.2 第三类边界条件（对流边界，已知介质的温度及换热系数）159

10.5　通过长圆筒壁的一维稳态导热162

10.5.1 第一类边界条件下的一维稳态导热162

10.5.2 第三类边界条件下的稳态导热（介质温度为常数）164

11.1.2　加热或冷却过程的三个阶段170

11.1.1 非稳态导热的特点170

11.1　非稳态导热的基本概念170

11　非稳态导热170

11.1.3　边界条件对导热系统温度分布的影响171

11.1.4 薄材和厚材的概念172

11.2　薄材的不稳态导热（集总参数法）173

11.3　半无限厚物体在第一类边界条件下的一维非稳态导热178

11.4　有限厚物体在第三类边界条件下的一维非稳态导热179

11.4.1 厚为2δ的无限大平板180

11.4.2 无限长圆柱体和球体182

11.5　二维、三维物体的不稳态导热186

12　有限差分法的基本原理190

12.1　导热问题数值求解的基本思想190

12.2　差分的概念192

12.3　变量区域离散化193

12.4　二维稳态导热的差分计算193

12.4.1 有限差分方程的建立（内节点）193

12.4.2 边界节点的差分方程195

12.5　差分方程组的求解方法197

12.6.1 一维不稳态导热的差分解199

12.6　非稳态导热的有限差分法199

12.6.2 二维非稳态导热的差分解202

13　对流传热206

13.1　传热过程的一般分析206

13.1.1 对流给热过程简介206

13.1.2　对流换热过程的分类206

13.1.3 换热系数和换热微分方程式207

13.1.4　影响换热系数的因素208

13.1.6　热边界层概念210

13.1.5 对流传热的研究方法210

13.1.7 普朗特数Pr211

13.2　对流传热的数学描述212

13.2.1 局部对流传热系数和平均对流传热系数212

13.2.2　能量微分方程213

13.2.3 动量微分方程215

13.2.4　质量微分方程215

13.2.5　传热微分方程215

13.3.2 对流传热中的相似准数216

13.3.1 相似三定律216

13.3　对流传热的实验研究方法216

13.3.3 对流换热的准数方程式218

13.3.4　特征尺寸、定性温度和特征速度220

13.3.5 实验求解准数方程式步骤221

13.4　管内强制对流传热224

13.4.1 管内流动传热特点224

13.4.2 管内湍流（Re≥104）时的对流传热计算226

13.4.3 管内过渡状态的强制对流传热229

13.5　纵掠平板对流传热230

13.5.1 流动和传热特点231

13.5.2　平板层流时的准数关联式232

13.5.3 平板流动全部为湍流时的准数关联式232

13.5.4 平板为混合边界层时的准数关联式232

13.5.5 横掠圆柱（管）对流传热233

13.6　自然对流传热234

13.6.1 流动和传热的特点235

13.6.2 大空间自然对流实验关联式236

14.1　热辐射基本概念241

14.1.1 热辐射的特点241

14　辐射传热241

14.1.2 吸收率、反射率、透射率242

14.1.3 几个重要的辐射参数243

14.2　黑体辐射的基本定律245

14.2.1 黑体与人工黑体245

14.2.2　普朗克定律246

14.2.3 斯忒藩－玻耳兹曼定律247

14.2.4　兰贝特余弦定律247

14.3.1 实际物体的辐射特性与黑度（发射率）248

14.3　实际物体的辐射248

14.3.2 实际物体的吸收辐射的特性249

14.4　角系数253

14.4.1 角系数及定义253

14.4.2 角系数的性质254

14.4.3 角系数的确定方法255

14.5　表面间的辐射换热259

14.5.1 黑体表面间的辐射换热259

14.5.2　有效辐射260

14.5.3 灰体表面间的辐射换热261

14.5.4 热辐射网络法简介264

14.5.5 强化辐射传热过程的措施267

14.6 气体辐射269

14.6.1 气体辐射的特点269

14.6.2 气体对辐射能的吸收270

14.6.3 气体辐射的黑度和吸收率271

14.6.4 气体与围壁表面间的辐射换热275

14.7　辐射换热系数275

15.1　基本概念283

15.1.1 浓度的表示方法283

15　质量传输的概述283

第三篇　质量传输283

15.1.2　质量传输的两种方式284

15.2　分子扩散的速度与通量286

15.2.1　扩散速度与平均速度286

15.2.2　扩散通量与主体流动通量287

16　质量传输微分方程290

16.1　质量传输微分方程的导出290

16.3　柱坐标系和球坐标系的质量传输微分方程293

16.2　质量传输微分方程的特定形式293

16.4　传质微分方程的定解条件294

17　分子扩散传质295

17.1　稳态扩散传质的通用速率方程295

17.2　气体中的分子扩散295

17.2.1 组分A通过停滞组分B的分子扩散295

17.2.2 组分A通过停滞组分B的拟稳态分子扩散299

17.2.3 等分子反向定态扩散300

17.2.4 气体扩散系数302

17.3.1 组分A通过停滞组分B的定态扩散305

17.3　液体中的分子扩散305

17.3.2 等分子反向定态扩散306

17.3.3 液体中的扩散系数306

17.4　固体中的分子定态扩散308

17.4.1 与固体结构无关的稳态扩散309

17.4.2 与固体结构有关的稳态扩散310

17.4.3 与固体结构无关的非稳态扩散313

18.1.2 浓度边界层315

18.1.1 对流传质系数315

18.1　对流传质的基本概念315

18　对流传质315

18.1.3　对流传质系数的确定方法316

18.2　对流传质的解析解317

18.3　对流传质的相关准数318

18.4　动量、热量和质量传输的类比320

18.4.1 三种传输现象的类似性320

18.4.2　传输现象的类似律321

18.5.1 流体平板为湍流的对流传质323

18.5　对流传质实验关联式323

18.5.2 流体在圆管内湍流时的传质324

18.5.3 流体流过单个球体时的传质324

18.5.4 流体流过填充床时的传质325

18.6　对流传质系数的理论模型325

18.6.1 薄膜理论326

18.6.2　渗透理论326

18.6.3　表面更新理论327

附录329