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1 动量、能量和质量传递的基本规律1

1.1 一维传递机理1

1.1.1 动量传递机理——牛顿粘度定律1

1.1.2 能量传递机理——傅里叶导热定律3

1.1.3 质量传递机理——菲克扩散定律4

1.2 物性系数7

1.2.1 粘性系数、导热系数和扩散系数7

1.2.2 低密度气体物性系数的推算11

1.3 三传的相似性15

1.3.1 传递机理的相似性15

1.3.2 物性系数的可比性15

1.4 三维传递机理16

1.4.1 三维傅里叶定律16

1.4.2 三维菲克定律17

1.5 本章要点18

2 壳体平衡法与一维定态传递实例19

2.1 壳体动量衡算19

2.1.1 动量衡算式及边界条件19

2.1.2 柱面壳体平衡法20

2.2 壳体能量衡算27

2.2.1 能量衡算式及边界条件27

2.2.2 柱面壳体平衡法28

2.2.3 圆面壳体平衡法31

2.3 壳体质量衡算35

2.3.1 质量衡算式及边界条件35

2.3.2 球面壳体平衡法36

2.4 自然对流43

2.4.1 自然对流的特点43

2.4.2 平面壳体平衡法43

2.5 本章要点47

3 场论与张量运算简介49

3.1 流体力学的基本概念49

3.1.1 连续介质假设与微团50

3.1.2 描述流体运动的两种方法——拉格朗日方法和欧拉方法52

3.1.3 流体速度分解定理54

3.1.4 涡旋的概念56

3.1.5 面力和体力57

3.2 一点的应力状态——应力张量58

3.2.1 张量的物理概念58

3.2.2 压力张量59

3.2.3 剪应力张量59

3.3 场论60

3.3.1 场的定义60

3.3.2 矢量加法与乘法运算60

3.3.3 矢量微分运算与哈密顿算符64

3.3.4 梯度、散度、旋度、拉普拉斯运算在正交曲线坐标系中的表达式67

3.4 二阶张量运算70

3.4.1 定义和符号70

3.4.2 张量的加法与乘法72

3.4.3 张量运算恒等式73

3.4.4 张量不变量与张量的几何表示74

3.4.5 矢量与张量的积分运算77

3.5 流体力学本构方程78

3.5.1 三维牛顿粘度定理78

3.5.2 变形速度张量79

3.5.3 本构方程79

3.6 本章要点88

4 微元平衡法与通用微分方程组91

4.1 连续方程——质量平衡方程91

4.1.1 物理模型与数学模型91

4.1.2 微元平衡法92

4.1.3 连续方程的推导92

4.1.4 源点与汇点——空间的不连续点94

4.2 运动方程——动量平衡方程95

4.2.1 直角坐标系中的运动方程95

4.2.2 向量式的运动方程96

4.2.3 机械能方程100

4.2.4 自然对流的非等温运动方程100

4.3 能量方程——能量平衡方程101

4.3.1 热力学第一定律与内能加动能方程101

4.3.2 总能方程与内能方程103

4.3.3 用温度T表示的能量方程104

4.4 状态方程108

4.4.1 通用微分方程组的封闭性108

4.4.2 几种常见的状态方程108

4.5 多组分系统的通用微分方程组110

4.5.1 二元系连续方程110

4.52 通量形式的多组分通用微分方程组113

4.5.3 用传递性质表示的多组分通量115

4.6 本章要点118

5 层流中的传递过程119

5.1 等温系统119

5.1.1 定态流动119

5.1.2 非定态流122

5.2 流函数法128

5.2.1 势函数与流函数129

5.2.2 低速运动时关于球体阻力的斯托克斯定律133

5.3 非等温系统137

5.3.1 几个简例137

5.3.2 一维超声速流148

5.3.3 圆管定态层流流动的强制对流传热159

5.4 边界层理论166

5.4.1 普朗特边界层概念与边界层理论模型166

5.4.2 平板边界层与布拉休斯解169

5.4.3 速度边界层与温度边界层174

5.5 多组分系统177

5.5.1 定态扩散178

5.5.2 非定态扩散185

5.5.3 边界层理论——热量、质量、动量同时传递时的精确解196

5.6 本章要点206

6 湍流中的传递过程208

6.1 纳维—斯托克斯方程组的时均化209

6.1.1 脉动与旋涡209

6.1.2 不可压缩流体通用微分方程组的时均化214

6.1.3 湍流通量的半经验模型217

6.2 湍流流动的计算220

6.2.1 光滑管中定态湍流流动计算220

6.2.2 光滑管中的定态湍流传热计算224

6.2.3 光滑管中的定常湍流传质计算227

6.3 湍流计算的双微分方程模型228

6.3.1 单方程模型229

6.3.2 双方程模型230

6.4 本章要点233

7 整体平衡法及其应用236

7.1 整体平衡方程236

7.1.1 整体质量衡算237

7.1.2 整体动量衡算239

7.1.3 整体能量衡算240

7.1.4 整体机械能衡算——伯努利方程243

7.1.5 多组分系统的整体平衡方程249

7.2 整体平衡法在定态流动中的应用251

7.3 整体平衡法在非定态流动问题中的应用265

7.4 本章要点276

8 量纲分析法277

8.1 量纲分析法基本原理277

8.1.1 量纲、单位和单位制277

8.1.2 特征数279

8.1.3 π定理280

8.2 通用微分方程的无量纲化287

8.3 量纲分析法在实验数据整理中的应用290

8.3.1 摩擦系数与传热系数实验数据无量纲化关联式290

8.3.2 低传质速率情况下单相二元传质系数关联式297

8.4 量纲分析法在传递相似中的应用299

8.4.1 特征数的作用299

8.4.2 传热与传质之间的相似300

8.5 本章要点303

9 数值计算法——帕坦卡—斯波尔丁学派方法简介305

9.1 微分方程的离散化306

9.1.1 用于数值计算的微分方程通用形式306

9.1.2 双向坐标与单向坐标307

9.1.3 积分区域的网格化308

9.1.4 差分方程的一般格式309

9.1.5 Ф值的分布假设312

9.2 建立差分方程的基本法则312

9.2.1 建立差分方程的一般方法312

9.2.2 控制容积法315

9.2.3 离散化应服从的四项基本法则319

9.3 隐式方案与代数方程的解321

9.3.1 一维非稳态热传导321

9.3.2 二维与三维热传导问题324

9.3.3 代数方程的解327

9.4 对流与扩散330

9.4.1 预备性推导331

9.4.2 上风方案333

9.4.3 各种离散化方案的比较335

9.4.4 一个通用化的公式336

9.4.5 多维问题的离散化方程340

9.5 流场的计算344

9.5.1 流场计算所面临的主要困难344

9.5.2 交错网格346

9.5.3 压力修正方程347

9.5.4 SIMPLE算法及其系列350

9.5.5 PHOENICS软件351

9.6 本章要点352

10 传递过程研究的若干前沿课题354

10.1 湍流新涡粘模式的研究354

10.1.1 涡粘系数应为四阶张量354

10.1.2 涡粘张量分量的计算公式355

10.1.3 二维流动的情况356

10.2 渗透蒸发过程非平衡溶解扩散模型358

10.2.1 引言358

10.2.2 非平衡溶解扩散模型359

10.2.3 非平衡溶解扩散模型中的溶解速度360

10.3 血液的流变性质362

10.3.1 血液的非牛顿流体特性362

10.3.2 血液在圆管内的层流运动364

10.4 磁流体力学在冶金过程中的应用367

10.4.1 钢包精炼设备ASEA-SKF炉367

10.4.2 电磁搅拌作用下的流体流动方程368

10.4.3 数值计算结果369

10.5 两相流369

10.5.1 两相流的基本特性370

10.5.2 各种模型的近似373

10.5.3 旋风分离器中气粒两相流动374

参考文献376

附录A 单位换算系数377

附录B 传递性质推算用表380

附录C 斯特姆——刘维尔型边值问题特征值理论383

附录D 常用特殊函数和某些初等函数386

术语汉英索引398

人名索引412

主要符号表415