传热和传质基本原理习题详解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业出版社

作者:弗兰克P.英克鲁佩勒

出品人:

页数:427

译者:叶宏

出版时间:2007-10

价格:45.00元

装帧:平装

isbn号码:9787122007629

丛书系列:

图书标签:

• 能源工程
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流体力学基础：从理论到应用 书籍概述 《流体力学基础：从理论到应用》旨在为工程、物理学及相关领域的学生和专业人士提供一个全面而深入的流体力学知识体系。本书聚焦于流体力学领域的核心概念、基本定律以及实际工程中的应用。内容涵盖了从流体静力学到复杂的湍流模型，旨在帮助读者建立坚实的理论基础，并熟练掌握解决实际工程问题的能力。 本书的结构设计强调理论的严谨性与应用的实践性相结合。首先，通过对流体性质、流体静力学和流体运动学的基础介绍，为后续更复杂的流动分析奠定基础。随后，重点阐述了描述流体运动的基本方程——质量守恒、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒方程，并深入探讨了这些方程在不同流态下的简化形式和解析解。 核心内容详解 第一部分：流体基础与静力学 流体性质与分类： 本部分详细阐述了流体的基本物理性质，如密度、粘度（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力、压缩性等。通过对这些性质的深入理解，读者能够准确评估流体在不同条件下的行为。同时，系统介绍了流体的分类方法，区分了可压缩流与不可压缩流，层流与湍流。 流体静力学： 重点讲解了静止流体中的压力分布规律，包括帕斯卡定律、静水压力随深度的变化规律，以及对浸没曲面和浮力的分析。引入了流体静力学中的基本概念，如压强、测压管、U型管压力计等，并结合实际应用，如船只浮力计算、水坝设计中的受力分析。 第二部分：流体运动学与控制体分析 流体运动学： 关注于流体的运动描述，不涉及引起运动的力。详细介绍了描述流体运动的两种主要方法：拉格朗日描述和欧拉描述。着重分析了流线、迹线和涡线等概念，并探讨了流场的速度场、加速度场和应变率张量。对于不可压缩流体的速度势函数和流函数概念进行了详尽的数学推导和应用实例说明。 控制体分析（雷诺输运定理）： 这是连接宏观系统与微观流动的关键桥梁。本书详细推导了雷诺输运定理（Reynold’s Transport Theorem），并将其应用于质量、动量和能量的守恒定律。通过控制体方法，读者可以系统地分析管道中的水头损失、喷嘴的反作用力、泵和涡轮机的性能计算等经典工程问题。 第三部分：流体动力学核心方程 微分形式的守恒方程： 在掌握了控制体分析的基础上，本书深入到流体运动的微分形式描述。详细推导了不可压缩流体的纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）和能量方程。重点分析了这些方程在不同边界条件下的适用性，并解释了粘性力的物理意义。 无粘流动的伯努利方程： 伯努利方程作为最基础的动量守恒方程的特例，被单独进行深入讲解。详细阐述了伯努利方程的适用条件、修正项（如压力损失和高程变化），并通过文丘里管、皮托管等经典仪器，展示其在流速测量中的应用。 量纲分析与相似性原理： 本部分强调了工程实践中的重要工具——量纲分析。通过对π定理的系统讲解，介绍了如何识别和构建无量纲参数（如雷诺数、弗劳德数、欧拉数等）。重点阐述了物理相似性和工程模型试验的设计与外推方法，这对于风洞试验、水池试验等至关重要。 第四部分：工程应用与特殊流动 内部流动（管流）： 这是流体力学在工程中最常见的应用之一。详细分析了圆形管道和非圆形管道中的粘性流——层流和湍流。重点讲解了达西-韦斯巴赫公式、摩擦系数（如Moody图表）的确定，以及局部阻力（阀门、弯头等）的计算。 外部流动（绕流）： 探讨了物体表面流动的基本现象，如边界层理论的引入、分离现象、阻力与升力的计算。通过分析平板上的边界层发展（Blasius解的定性理解）、圆柱和翼型绕流中的升阻力系数，为空气动力学和流体力学设计打下基础。 可压缩流基础（导论）： 鉴于现代工程对高速流动的需求，本书对可压缩流动的基本概念进行了介绍。重点讨论了声速、马赫数，以及等熵流动的基础，为后续更高级的压缩气体动力学学习做好铺垫。 湍流与数值方法简介： 鉴于湍流的复杂性，本书对湍流流动的统计特性进行了概述，并简要介绍了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的基本思想。最后，提供了对计算流体力学（CFD）方法的简要概述，指出现代工程问题如何借助数值工具进行求解。 本书特色 本书的每一个章节都配有大量的例题和习题，这些题目均来源于实际工程背景，并提供了详细的解答步骤。这些习题不仅巩固了理论知识，更训练了读者的工程思维和数值计算能力。语言风格力求清晰、准确、严谨，避免不必要的术语堆砌，确保读者能够顺畅地理解复杂的物理概念和数学推导。本书是深入学习流体力学理论、应用于能源、航空航天、土木、化工等领域工程设计的理想教材或参考书。

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这本书最令我感到振奋的地方，在于它对多尺度问题的处理方式，体现出一种超越传统教科书的视野。我们都知道，在真实的工程世界中，传热和传质往往是耦合发生，并且在不同的尺度上存在着显著的差异。这本书没有将这些复杂的现象割裂开来，而是展现了一种高度的整合能力。比如，它在讨论化学反应器中的催化剂颗粒内部传质与反应耦合时，清晰地区分了宏观反应器尺度的能量平衡和微观孔隙尺度的扩散控制。它用了一种非常巧妙的方式，将Fick定律和能量方程进行了迭代求解的框架演示，这对于优化反应过程的收率至关重要。我过去尝试用其他资料解决类似问题时，总是陷入局部最优的泥潭，无法全面把握全局。这本书提供的视角，就像是从卫星上俯瞰整个战场，而不是埋头于某一个战壕里。特别是它对辐射传热的讨论，不仅限于简单的黑体假设，而是深入探讨了非灰体、选择性吸收材料的辐射特性，以及蒙特卡洛方法在复杂几何体中的应用潜力。这种对前沿技术和经典理论的完美融合，使得这本书不仅是学习工具，更像是一份行业发展趋势的预研报告。

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我必须强调，这本书在细节处理上的精细度，是市面上许多同类书籍望尘莫及的。许多关于对流换热的书籍，在推导努塞尔数（Nu）的经验关系式时，总是直接给出一个朗伯图（Lévêque approximation）或者一个鹦鹉学舌般的公式集合，让读者无所适从。这本书则不同，它用了相当大的篇幅，非常细致地展示了如何通过边界层理论的相似解法，推导出经典的皮兰特数（Prandtl number）依赖关系，并解释了这些经验关系式背后的物理限制和有效范围。尤其是针对复杂流道，比如非圆管道或具有障碍物的流场，它不仅仅停留在数值模拟的结论上，而是深入探讨了流场结构如何影响壁面剪切力和热流密度分布。我发现自己过去在做热设计时，经常会因为忽略了流体入口段的长度效应而导致效率偏低。这本书通过对“入口效应”的专门分析，给出了明确的修正建议。这种对工程精度要求的尊重，使得这本书从一本优秀的学术著作，升华为一本不可或缺的工程实操手册。它仿佛有一位经验丰富、知识渊博的导师，时刻在你身边，耐心解答你每一个关于“为什么”和“如何做”的疑问，让我对传热和传质的理解达到了一个前所未有的高度。

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坦白说，我最初拿起这本书时，是带着一种“不得不读”的心态，毕竟它在专业圈子里名声颇大，但我担心它会过于学术化，变成一本只适合研究生做理论研究的“天书”。然而，事实证明我的担忧是多余的。这本书的行文风格有一种独特的“建筑美感”。它不是那种堆砌概念的百科全书，而更像是一件精心雕琢的艺术品，结构清晰，逻辑严密，每一章的内容都像一座座坚实的基石，稳固地支撑起上层复杂的结构。作者的语言非常凝练，但绝不晦涩，恰到好处地平衡了严谨性和可读性。我特别注意到，它在处理相变传热的章节时，对于气液界面动力学和毛细管力的描述，其深度和广度远超我的预期。很多教材在讲沸腾传热时，只是蜻蜓点水般提到杨氏方程，但这本书花了大量的篇幅，图文并茂地展示了核化对流的机制，以及不同表面能对成核点的显著影响。这对于从事微电子冷却或者生物医学工程的同行来说，简直是如获至宝。阅读过程中，我常常需要停下来，反思自己过去在实验中遇到的那些“反直觉”的结果，此刻都能在书中的理论框架下找到合理的解释，那种豁然开朗的感觉，是任何简单结论无法比拟的。

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作为一名长期从事教学工作的教师，我越来越重视教材的启发性，而不是单纯的知识搬运。这本著作无疑在这方面做得非常出色。它不是那种生硬地要求学生“背诵和记忆”的读物，而是鼓励读者去“质疑和探索”。书中大量的“思考题”和“延伸阅读建议”都经过了精心的设计。它们往往不是简单的数值计算，而是引导学生去构建物理模型、去辩证地看待不同的传热机理在特定条件下的主导地位。比如，它会抛出一个问题：在极低温环境下，固体的晶格振动对热导率的影响，与电子的输运机制相比，哪一个更占主导地位？这种引导性的提问，迫使我们必须跳出舒适区，去查阅更多的背景知识，去理解物理现象的本质。此外，书中对数学工具的应用也处理得非常得体。它并没有回避拉普拉斯变换、傅里叶级数等高等数学工具，但其引入的方式是服务于物理问题的解决，而不是为了炫耀数学技巧。讲解傅里叶级数时，它清晰地展示了如何用它来处理周期性边界条件下的瞬态传热问题，这种“目的性导向”的数学教学，大大提高了我们对数学工具的实际应用能力。这本书的价值，在于它塑造了一种严谨的科学思维方式。

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这本理论基础扎实，深入浅出的教材，简直是为我这种在工程领域摸爬滚打多年的老手量身定做的“回春丹”。我原以为自己对流体动力学和能量守恒定律已经有了足够的把握，直到我开始接触那些更复杂、更细微的传热现象。很多市面上通行的参考书，讲到边界层理论的时候总是含糊其辞，公式推导快得像坐火箭，根本没给读者消化的时间。然而，这本书的叙述方式却显得极其耐心和亲切。它不是简单地罗列公式，而是将每一个数学模型背后所蕴含的物理意义剖析得淋漓尽致。比如，在讨论湍流传热时，它没有直接跳到雷诺应力模型，而是循序渐进地解释了为什么层流会失稳，动量和能量是如何在微观尺度上混合扩散的。作者似乎非常理解学习者在面对复杂偏微分方程时的困惑，所以每当引入一个新的方程组时，都会先用清晰的语言勾勒出其物理背景和适用范围，这极大地降低了初学者的畏难情绪。我尤其欣赏它在案例分析上的严谨性，每一个例子都不是凭空捏造的理论玩具，而是紧密结合了实际工业中的应用场景，比如换热器设计中的管束排列优化，或者高温炉膛内的辐射换热耦合计算。读完其中关于自然对流的部分，我对如何设计一个高效的散热片都有了全新的理解，那种从理论到实践的无缝衔接感，实在令人拍案叫绝。

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挺不错的一本书。学传热和传质时候，可以多看看。里面有好多经典习题

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