Elements of Chemical Reaction Engineering化学反应工程基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:H.Scott Fogler

出品人:

页数:1120

译者:

出版时间:2005-10

价格:336.00元

装帧:

isbn号码:9780131278394

丛书系列:

图书标签:

• chemical
• 化学反应工程
• 化学工程
• 反应动力学
• 催化
• 传质
• 流体流动
• 数值计算
• 化工原理
• 工业化学
• 建模与仿真

《流体力学基础与应用》 第一部分：流体力学基本原理 第1章 流体的基本性质与描述 本章旨在建立理解流体行为所需的基础概念框架。我们将从宏观角度审视流体这一特殊物质形态，探讨其在静止和运动状态下的特性。 1.1 流体的定义与分类： 详细区分固体、液体和气体在剪切应力作用下的响应差异，定义牛顿流体与非牛顿流体，并介绍黏性、可压缩性等核心参数。 1.2 物质点与控制体概念： 引入流体力学分析中至关重要的两种参考系——物质点（Lagrangian）描述和控制体（Eulerian）描述。阐述如何通过物质点轨迹、流线、迹线和时间线来描述流场的时空变化。 1.3 运动学基础： 深入分析流体的运动状态。讨论速度场、加速度场的数学表示，重点剖析流体运动的分解——平移、刚体旋转、线膨胀与剪切变形。引入应变率张量，这是连接流体运动与内部应力（即粘性力）的关键桥梁。 1.4 连续介质假设： 论证在宏观尺度上忽略分子间离散性的合理性，建立连续介质模型，这是后续所有方程推导的基础。 第2章 流体静力学 本章专注于研究流体在平衡状态下的力学行为，主要涉及压力分布和作用在浸没面上的总力计算。 2.1 压力定义与测量： 明确绝对压力、表压和真空度的概念。介绍各种压力测量仪器，如皮托管、U型管压力计和波登管压力计的工作原理及应用。 2.2 静止流体中的压力分布： 推导并求解静水压力公式，阐明在均匀重力场下，液体内部压力随深度线性增加的规律。 2.3 作用在平面和曲面上的静压力： 详细讲解如何计算液体作用在平面（如水坝壁面）和曲面（如储罐侧壁）上的总静水合力及其作用点（压力中心）。侧重于对实际工程结构稳定性的分析。 第二部分：流体动力学基本方程 第3章 质量守恒定律（连续性方程） 本章将牛顿第二定律应用于流体运动，并结合质量守恒原理，推导出描述流场速度分布的数学方程。 3.1 控制体分析法： 建立基于控制体的质量守恒方程，阐述瞬态和稳态条件下，质量流入率与流出率之间的关系。 3.2 差分形式的连续性方程： 从积分形式过渡到微分形式，推导出笛卡尔坐标系下的连续性方程。讨论不可压缩流体（如水）和可压缩流体（如气体）的简化形式。 3.3 典型流动的应用： 将连续性方程应用于管道内一维定常流动，推导流量与截面积、速度之间的基本关系式。 第4章 动量守恒定律（纳维-斯托克斯方程） 本章是流体力学的核心，推导描述流体运动的动力学方程——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。 4.1 欧拉方程（无粘性流）： 首先在忽略粘性影响的理想情况下，推导欧拉方程。通过对欧拉方程的线积分，得到著名的伯努利方程，明确了速度、压力和高程之间的关系。 4.2 纳维-斯托克斯方程的推导： 基于物质点分析法，考虑体积力（如重力）和表面力（压力、粘性应力），完整推导三维、非定常、可压缩流体的N-S方程。重点分析粘性应力项的物理意义。 4.3 简化方程与特定流动： 讨论在特定物理条件下（如层流、充分发展流动、管道内流动）N-S方程的简化形式，为后续的解析解奠定基础。 第5章 能量守恒定律 本章将热力学第一定律应用于流体运动，建立描述流体温度场变化的能量方程。 5.1 能量方程的建立： 引入比能、焓等概念，结合控制体分析，推导出考虑热传导、粘性耗散和外加热源的通用能量方程。 5.2 绝热流动与等熵流动： 分析等熵流动的条件（等熵过程是无粘、绝热且可逆的过程），并探讨其在高速气体流动中的应用价值。 5.3 粘性耗散对能量的影响： 讨论粘性力做功如何转化为热能，即粘性耗散项，并在层流中分析其对温度场的影响。 第三部分：相似性、量纲分析与流动识别 第6章 量纲分析与相似律 本章提供了一种强大的工具，用于简化复杂的物理问题，并通过实验数据进行外推。 6.1 量纲和单位系统： 回顾基本的物理量纲和常用的单位制（SI和英制）。 6.2 Buckingham π 定理： 详细阐述Buckingham π定理的应用步骤，将复杂的多变量物理问题转化为一组无量纲参数（π项）的问题。 6.3 关键无量纲数： 深入解析流体力学中最重要的无量纲数： 雷诺数 ($ ext{Re}$): 惯性力与粘性力的比值，是判断流动是层流还是湍流的决定性参数。 弗劳德数 ($ ext{Fr}$): 惯性力与重力（波浪力）的比值，常用于开放水面流动。 马赫数 ($ ext{Ma}$): 流速与声速的比值，是识别可压缩流动的关键。 6.4 相似性原理： 阐述几何相似、运动学相似和动力学相似的条件。解释如何利用相似性原理，通过模型实验预测原型（Full-scale prototype）的性能。 第7章 层流与湍流 本章深入探讨流体流动的两种基本形态及其特性。 7.1 层流的特征与分析： 描述层流的有序性、光滑性。重点分析经典层流问题，如： 泊肃叶流动 (Poiseuille Flow): 管道内定常、层流的精确解，压力梯度与流量的关系。 库埃特流动 (Couette Flow): 两平行平板之间流体的粘性流动，解析速度剖面。 7.2 湍流的特性与描述： 阐述湍流的随机性、三维性和时变性。介绍湍流脉动速度的概念，推导出平均流动的处理方法。 7.3 湍流模型基础： 引入雷诺应力（Reynolds Stresses）的概念，并解释湍流的闭合问题。简要介绍雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程及其基本湍流模型（如零方程模型和$k-epsilon$模型）的物理意义，而非详细推导模型方程。 7.4 边界层理论： 介绍普朗特在高速流动中对边界层的突破性认识。区分附着流与分离流。在无压力梯度（平壁）条件下，推导并求解边界层动量积分方程，计算阻力系数。 第四部分：工程应用与流动控制 第8章 外部绕流：阻力和升力 本章关注流体绕过固体物体时产生的力和力矩，这是航空航天和土木工程中的核心议题。 8.1 压差阻力和摩擦阻力： 明确区分由压力梯度引起的压差阻力和由粘性剪切引起的摩擦阻力。 8.2 阻力系数与形状因子： 介绍翼型、球体、圆柱体在不同雷诺数下的阻力系数曲线。重点分析临界雷诺数对阻力的剧烈影响。 8.3 升力产生原理： 阐述库塔-茹科夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem）的基本概念，解释机翼如何通过速度差产生升力，介绍升阻力比的概念。 8.4 尾流与分离： 讨论流动分离的现象、对阻力的影响，并介绍改善阻力特性的工程手段（如使用涡流发生器）。 第9章 管路流动系统 本章侧重于工程管道系统中的流动，包括压头损失的计算。 9.1 摩擦损失： 详细分析达西-韦斯巴赫（Darcy-Weisbach）方程在计算管道内壁摩擦损失中的应用。介绍摩擦因子（Moody图），区分层流和湍流下的摩擦系数计算。 9.2 局部损失： 分析流经阀门、弯头、收缩和扩张管件时发生的不可恢复的能量损失（局部阻力系数）。 9.3 管路系统的联合分析： 讲解如何将串联、并联管路的特性结合起来，求解复杂管网中的流量分配和总压降问题，强调动能修正系数在非均匀管路中的重要性。 第10章 微流动与多孔介质 10.1 渗透流基础： 介绍达西定律（Darcy's Law）及其在地下水流动和过滤过程中的应用，明确渗透率的概念。 10.2 多孔介质的宏观描述： 讨论孔隙度、比表面积等参数对流体在多孔介质中流动行为的影响。 10.3 微尺度流动： 简要探讨当特征尺寸接近分子尺度时（如微通道、毛细管）所展现的特殊流体力学现象，如表面张力和润湿性对流动的影响。 总结： 本书旨在为读者构建一个严谨的流体力学理论框架，从流体的基本属性出发，推导并应用核心守恒方程，最终落脚于通过量纲分析和实验数据指导实际工程问题的解决，覆盖了从静止平衡到复杂湍流绕流的广泛领域。

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