材料工程傳輸原理（簡體書）

《高等教育"十二五"規劃教材:材料工程傳輸原理》可作為高等院校材料類、冶金類專業及相關專業的本科生教材，也可作為研究生、教師和有關工程技術人員的參考資料。

第1章緒論
1.1傳輸現象
1.2動量、熱量及質量傳輸的類似性
1.3傳輸過程的研究方法
1.4體系與控制體
1.5衡算方程
本章小結
復習思考題
第1編 動量傳輸
第2章動量傳輸的基本概念
2.1動量傳輸的研究對象、研究目標及研究方法
2.2流體的主要物理性質
2.3牛頓黏性（內摩擦）定律
2.4作用在流體上的力
2.5流體靜壓強及其特性
本章小結
復習思考題
第3章流體運動的描述
3.1描述流體運動的方法
3.2描述流場的基本物理量
3.3流場的描述
本章小結
復習思考題
第4章動量傳輸的基本方程
4.1質量守恒定律與連續性方程
4.2理想流體動量平衡方程——歐拉方程
4.3實際流體動量平衡方程——納維爾一斯托克斯方程
4.4伯努利方程——能量守恒方程
4.5穩定流的動量方程及其應用
本章小結
復習思考題
第5章流動形態及能量損失
5.1流體流態分析及能量損失
5.2流體在圓管中層流流動及沿程損失計算
5.3流體在圓管中湍流流動及沿程損失計算
5.4局部阻力與局部能量損失計算
5.5流體在平行平板間的層流運動
本章小結
復習思考題
第6章邊界層理論
6.1邊界層理論的基本概念
6.2平面層流邊界層微分方程
6.3邊界層內積分方程
6.4平板繞流摩擦阻力計算
本章小結
復習思考題
第7章可壓縮氣體的流動
7.1可壓縮氣體的基本概念
7.2可壓縮氣體一元穩定等熵流動的基本方程
7.3一元穩定等熵流動的基本特性
7.4氣流參數與流通截面的關系
7.5漸縮噴管與拉瓦爾噴管
7.6激波和膨脹波
本章小結
復習思考題
第8章相似原理與量綱分析
8.1相似原理的重要意義
8.2相似的基本概念
8.3相似三定律
8.4兩種求解相似準數的方法
8.5相似模型研究方法
本章小結
復習思考題
第2編 熱量傳輸
第9章熱量傳輸的基本概念
9.1熱量傳輸的研究內容
9.2熱量傳輸的基本方式
9.3熱量傳輸的描述
本章小結
復習思考題
第10章導熱
10.1導熱基本定律
10.2導熱微分方程
10.3穩態導熱
10.4非穩態導熱
10.5導熱的數值計算方法
本章小結
復習思考題
第11章對流換熱
11.1對流換熱現象的過程分析
11.2對流換熱過程的數學描述
11.3求解對流換熱系數的準數方程
11.4對流換熱的工程應用舉例
本章小結
復習思考題
第12章輻射換熱
12.1輻射換熱的基本概念
12.2黑體模型及黑體輻射定律
12.3實際物體的輻射與吸收規律
12.4角系數及其計算
12.5黑體表面間的輻射換熱
12.6灰體表面間的輻射換熱
12.7氣體輻射
12.8綜合換熱
本章小結
復習思考題
第3編 質量傳輸
第13章質量傳輸的基本概念
13.1質量傳輸的研究對象、研究目標及研究方法
13.2濃度、速度與傳質的基本方式
13.3菲克第一定律再論及擴散系數
13.4通量密度
13.5質量傳輸微分方程及其定解條件
本章小結
復習思考題
第14章擴散傳質
14.1一維穩態擴散傳質
14.2非穩態擴散傳質
本章小結
復習思考題
第l5章對流傳質
15.1對流傳質概述
15.2對流傳質微分方程和對流傳質過程的相似準數
15.3對流傳質的量綱分析
15.4對流傳質系數求解的工程應用舉例
15.5傳質系數模型
本章小結
復習思考題
第16章動量、熱量和質量傳輸的類比
16.1分子傳輸的類似性
16.2湍流傳輸的類似性
16.3“三傳”微分方程的類似性
16.4三種傳輸的類比
本章小結
復習思考題
參考文獻
附錄
附表1高斯誤差
附表2金屬材料的密度、比定壓熱容和熱導率
附表3幾種保溫、耐火材料的熱導率與溫度的關系
附表4飽和水的熱物理性質
附表5液態金屬的熱物理性質
附表6干空氣的熱物理性質
附表7在大氣壓力下煙氣的熱物理性質
附表8—1氣體中的質量擴散系數（二元體系）
附表8—2液體中的質量擴散系數（二元體系）
附表8—3 固體中的質量擴散系數（二元體系）
附表9 固體材料沿表面法線方向上的輻射發射率ε（εn）
附表10主要物理量的單位換算表

在管路損失計算中，當管路較長時，起始段的影響可以忽略。
需要指出的是，在實際的黏性流體流動中，無論雷諾數Re多大，在物體表面上流體的速度為0，而在離開壁畫僅一小段距離處，流體速度就變到與來流大體相等的速度。因此在壁面附近存在一個速度梯度很大的薄層區域，稱為邊界層。邊界層厚度用δ表示。換句話說，不管是層流流動，還是湍流流動，實際流體的流動都是存在邊界層的。對于層流邊界層，δ示意于圖5—4中。有關邊界層的理論將在第6章進行詳細討論。
5.3 流體在圓管中湍流流動及沿程損失計算
實際工程中，除了很少一部分是層流運動外，絕大部分流動都是湍流運動。所以，研究湍流的特性和規律是很有實際意義的。
5.3.1脈動現象與時均值的概念
流體做湍流運動時，流體質點做無規則的混雜運動，不同瞬時經過某固定點的運動參量（如流速）的大小和方向都在隨時間而改變。這種流體經過定點的運動參量隨時間而發生波動的現象稱為運動要素的脈動現象。具有脈動現象的流體運動，實質上是非穩定流動。然而，當從一個足夠長的時間過程來觀察，這種流體的運動參量仍然存在一定的規律性。
圖5—5表示圓管中湍流運動時流體經過某固定點時瞬時軸向速度73在一個足夠長的時間過程t內的脈動曲線。
瞬時速度73在t時間內的平均值稱為時均速度，即
顯然，瞬時速度與時均速度的關系為式中 v'——脈動速度，或稱為附加速度，是瞬時速度與時
均速度的差值。
由此可知，脈動速度的時均值必然為0，即
同上述分析，湍流中各定點的瞬時壓強也可分成時均壓強和脈動壓強兩個部分，即式中，時均壓強為，脈動壓強的時均值也為零。
所以，湍流與層流不同，湍流的一切參數都是建立在時均值的概念上。經過時均化處理的湍流，可以看成層流，以前所建立的連續性方程、運動方程、能量方程等，都可以用來分析湍流運動。在后面的討論中，湍流的運動參數符號都含有時均化的意義。但在研究湍流運動的物理實質時，就必須考慮脈動的影響。
5.3.2湍流運動中的邊界層
均勻速度為v0的流體沿管軸方向平行流入圓管。因流體具有黏性，而形成前述的邊界層。圓管內湍流運動的邊界層由層流邊界層、過渡層、湍流邊界層組成，如圖5—6（a）所示。同層流流動邊界層起始段的討論，湍流起始段Le=（25～40）d。湍流充分發展后，所形成的湍流邊界層在垂直于流動方向上具有多層結構，即層流底層、過渡層和湍流核心區，如圖5—6（b）所示。在靠近管壁處，由于管壁及流體黏性的影響，總有一層流體質點的脈動受到很大限制，做近似層流的運動，這一流體層稱為層流底層，其厚度以δb表示。習慣上，常將管中心部分，即速度梯度較小、各點速度接近相等的一部分流體，稱為湍流核心（或流核），而將處于湍流核心與層流底層之間的部分稱為過渡區。由此可知，在圓管湍流中，并非所有流體質點都參與湍流運動，只是在層流底層以外的流體才參與湍流運動。