Transport Phenomena, 2nd Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

流体动力学、传热学与质量传递学原理与应用 本书是一部系统深入地探讨物质、动量和能量在各种介质中传递过程的经典教材，旨在为读者构建坚实的传质传热理论基础，并将其应用于解决工程实践中的复杂问题。本书涵盖了流体静力学与动力学、动量传递、热量传递以及质量传递等核心领域，理论严谨，内容丰富，图文并茂，是化学工程、机械工程、航空航天工程、环境工程以及生物工程等相关专业领域师生及研究人员不可多得的参考资料。 第一部分：流体静力学与动力学 本部分奠定了理解物质运动和传递的基础。 流体静力学： 深入分析了静止流体中的压力分布规律，包括压力的定义、测量方法以及在不同重力场和加速度下的变化。我们将详细探讨浮力定律（阿基米德原理），阐述其在物体漂浮和沉没分析中的应用。帕斯卡原理在液压系统中的应用也将被提及，解释为何施加在密闭流体上的压力会均匀传递到流体和容器壁的各个部分。本书还将研究表面张力效应，例如液体在毛细管中的上升现象，并探讨其在微观尺度下的重要性，如在多孔介质中的液体渗透。 流体动力学： 本部分将聚焦于运动流体。我们将从最基本的概念出发，引入流线的概念，描述流体质点的瞬时运动方向。连续性方程（质量守恒）将是分析流体流动的重要工具，它表明在稳态流动中，进入某一区域的流体质量等于离开该区域的流体质量。伯努利方程（能量守恒）将得到详细推导和应用，它描述了流体在流动过程中，由于速度、高度和压力的变化而引起的能量转化关系，是分析管道流动、喷雾形成等现象的关键。本书还将介绍流体运动的两种基本模式：层流和紊乱流。层流的有序性以及紊乱流的随机性将得到详细阐述，并引入雷诺数作为区分这两种流动状态的重要判据。我们将探讨影响流体黏性的因素，如温度和压力，以及不同流体黏性系数的意义。此外，不可压缩流体和可压缩流体在流动行为上的差异也将被讨论。 第二部分：动量传递：粘性和摩擦 本部分将目光聚焦于流体内部以及流体与固体表面之间的动量传递过程，即粘性力和摩擦力的作用。 粘性流体动力学： 本章将深入研究牛顿粘性定律，理解剪切应力与剪切速率之间的线性关系，并区分牛顿流体和非牛顿流体。我们将详细讨论动量守恒方程（纳维-斯托克斯方程）的推导过程，并分析其在描述复杂流体流动中的重要性。在稳态层流的情况下，我们将求解著名的泊肃叶定律，该定律描述了圆管中粘性流体体积流量与压降、管径和流体黏性之间的关系。这本书还将深入探讨边界层理论，解释流体在固体表面附近速度如何从零逐渐过渡到主流速度。这对于理解壁面摩擦阻力和传热传质至关重要。 管道流动： 本部分将重点分析流体在管道中的流动。我们将研究压降的来源，包括流体自身的粘性以及管道内壁的粗糙度。达西-魏斯巴赫方程将被引入，用于计算沿程的压降。摩擦因子的概念及其与雷诺数和管道粗糙度的关系，将通过穆迪图得到直观的展示。书中还将探讨局部阻力，即流体流经阀门、弯头等部件时产生的额外压降。这些理论对于管道系统的设计和优化至关重要。 阻力和升力： 本部分将扩展到物体在流体中运动时受到的力。我们将定义阻力系数和升力系数，并分析影响它们的关键因素，如物体的形状、迎角和流体的性质。例如，我们将探讨流线型设计如何有效降低空气阻力。钝体绕流和附着涡流等现象的形成机制也将被深入剖析。这些知识在航空航天、汽车设计以及水下航行器设计等领域具有直接的应用价值。 第三部分：能量传递：热传导、对流与辐射 本部分将详细阐述热量在不同介质中的传递机制，为解决工程中的传热问题奠定基础。 热传导： 本章将聚焦于通过分子碰撞和晶格振动进行的热量传递。傅里叶定律是热传导的核心，它描述了热通量与温度梯度之间的线性关系。我们将深入分析热导率，理解不同材料导热性能的差异，并探讨影响热导率的因素，如温度、密度和结构。本书将推导并应用一维稳态热传导方程，求解平板、圆筒和球体等简单几何形状的温度分布。瞬态热传导问题也将被研究，例如物体加热或冷却过程中的温度变化。比热容和导温系数等参数的意义和计算方法也将得到阐述。 对流传热： 本部分将研究流体运动带来的热量传递。我们将区分自然对流（由流体密度差异驱动）和强制对流（由外部动力如泵或风扇驱动）。努塞尔数（无量纲数）将作为核心概念，它表征了对流传热与热传导的相对重要性。本书将详细介绍层流和紊乱流对流传热的相似性准则，包括雷诺数、普朗特数（表征动量扩散与热量扩散的比值）和格拉晓夫数（自然对流的驱动力）。我们将推导并应用相应的对流传热系数计算公式，用于分析各种工程设备中的换热过程。自然对流的特点，如与表面温度和几何形状的关系，也将被详细讨论。 辐射传热： 本部分将研究通过电磁波进行的热量传递。黑体辐射定律（普朗克定律）是辐射传热的基础，它描述了黑体在不同温度下发射的辐射光谱。斯特藩-玻尔兹曼定律则给出了黑体的总辐射功率与温度的四次方成正比。本书将引入发射率和吸收率的概念，解释真实物体与理想黑体在辐射行为上的差异。讨论表面之间的辐射换热，包括形状因子（或称视图因子）的概念，它描述了从一个表面到达另一个表面的辐射能的比例。当物体表面存在反射和透射时，将引入反射率和透射率的概念，并通过能量守恒进行分析。 第四部分：质量传递：扩散与对流 本部分将深入研究物质如何在不同相态的介质中进行传递，这是许多化学过程、分离工程和环境工程问题的核心。 分子扩散： 本章将聚焦于物质通过分子随机运动进行的传递。菲克定律是质量传递的基本定律，它类似于傅里叶定律在热传导中的作用，描述了物质通量与浓度梯度之间的关系。扩散系数（也称为质量扩散系数）将得到详细讨论，它反映了物质在介质中扩散的速率，并受温度、压力和介质性质的影响。本书将推导并应用一维稳态扩散方程，用于分析固定床吸附、蒸发等过程。瞬态扩散问题，如气体在固体材料中的渗透，也将被研究。 对流传质： 本部分将研究流体运动带来的物质传递。与对流传热类似，我们将区分自然对流传质和强制对流传质。传质系数（与传热系数相对应）将是核心概念。我们将引入类似传热学的相似性准则，如舍伍德数（与努塞尔数对应）、雷诺数和施密特数（表征动量扩散与质量扩散的比值）。本书将推导并应用相应的对流传质系数计算公式，用于分析蒸馏、吸收、萃取等单元操作。 传质与传热的相似性： 本部分将系统地探讨传质与传热在数学模型和物理机理上的深刻相似性。通过类比，读者可以更容易地理解和掌握这两个领域。例如，菲克第一定律与傅里叶定律的结构非常相似，只是将温度梯度替换为浓度梯度，将热导率替换为扩散系数。同样，对流传质的努塞尔数与对流传热的努塞尔数在形式上也非常接近，只是参数不同。本书将通过具体的例子，强调这种类比在简化问题分析和解决过程中的强大作用。 单元操作中的传质： 本部分将把所学的传质原理应用于实际的工程单元操作。我们将详细分析蒸馏过程，包括汽液平衡、相图以及多级蒸馏塔的设计。吸收过程，用于分离混合气体中的可溶性组分，其塔内传质过程也将得到深入探讨。萃取过程，利用溶剂将目标组分从一种相转移到另一种相，其设计和操作原理也将被详细阐述。 贯穿全书的理念与特色 本书在讲解过程中，始终强调理论与实践的结合。每一章都配有丰富的例题，这些例题从简单到复杂，涵盖了各种典型的工程应用场景。通过对例题的详细解析，读者可以学习如何将抽象的理论转化为具体的计算和分析方法。此外，本书还提供了大量的习题，旨在巩固读者对基本概念和计算技巧的掌握。 在内容组织上，本书遵循由易到难、由简到繁的原则。从流体静力学和简单的传热传质过程开始，逐步深入到复杂的流动和多相传递现象。这种循序渐进的学习路径，能够帮助读者建立清晰的知识体系。 本书还特别注重培养读者的工程分析能力。在解决问题时，我们鼓励读者关注问题的物理本质，识别关键参数，并选择合适的模型和方法。通过对不同方法的比较和评价，读者可以学会根据具体情况做出最优的工程决策。 总而言之，本书不仅仅是一本传授知识的教材，更是一本引导读者掌握科学分析方法、解决工程实际问题的指南。它将帮助读者构建一个全面而深入的传质传热知识体系，为他们在未来的学术研究和工程实践中取得成功奠定坚实的基础。