《化工流体力学》求取 ⇩

第一章 流体运动概述1

1.1 流体的物理属性2

1.连续介质假定2

2.压缩性4

3.粘性，牛顿流体4

动量传递，流体中的内摩擦4

牛顿粘性定律6

粘度7

4.粘性，非牛顿流体10

幂律流体11

粘塑性流体12

5.导热性，导热系数13

傅立叶定律13

6.扩散性，扩散系数14

费克定律15

传递现象的类似15

7.表面张力16

毛细压力16

表面张力与温度及浓度的关系，表面活性物质17

内部问题(管流)20

外部问题(绕流)20

1.流体运动问题的分类20

1.2 流动空间的几何特征，流动问题分类20

2.化工设备中的流动问题，典型化工设备23

搅拌槽24

塔设备24

固定床25

流化床26

1.3 流体运动的动力学条件，流动状态27

1.化工设备中流动的发生27

2.两种流动状态：层流与湍流27

流动状态的判别，雷诺数29

1.4 流体运动的表示方法31

1.拉格朗日法31

流体坐标31

轨线32

2.欧拉法33

流线33

流管35

随体导数35

3.定常流动与非定常流动37

4.一维流动38

1.理论解析法43

1.5 流体运动规律研究的基本途径43

2.实验观测法44

3.数值计算法45

本章主要符号47

演习题47

参考书刊49

第二章 流体静力学50

2.1 静止流体的应力状态50

1.表面力和彻体力50

3.应力、应力状态51

2.内力和外力51

4.静止流体的应力状态，静压力的特性53

2.2 流体静力学基本方程54

1.流体平衡微分方程54

2.流体静力学基本方程56

3.静压力和位能--静力学基本方程中各项的物理意义57

4.旋转圆筒中液体的静压力分布57

5.可压缩流体中的静压力分布59

2.3 流体静力学基本方程的应用61

1.压力的表示方法61

2.压力的测量62

3.静力学基本方程的其它应用71

本章主要符号74

演习题74

参考书刊76

第三章 流体流动中的守恒原理77

3.1 应用守恒原理的控制体和控制面方法77

3.2 物质守恒78

1.流量与平均速度78

2.一维流动的物料衡算式--一维连续性方程79

3.3 能量守恒82

1.流动系统的机械能衡算--伯努利方程82

2.粘性流体的机械能衡算84

3.可压缩流体的机械能衡算87

4.伯努利方程的物理意义和几何意义88

5.伯努利方程的应用89

重力射流90

缩脉90

压力射流91

驻点压力92

3.4 动量守恒97

1.管流中的动量守恒98

2.动量守恒定律的应用98

弯管受力99

管的突然扩大102

多孔板的机械能损耗104

射流吸入106

3.5 守恒原理在流量测量中的应用109

1.毕托管109

2.孔板流量计113

3.文丘里流量计118

4.转子流量计121

本章主要符号125

演习题125

参考书刊131

第四章 理想流体的无旋及有旋运动132

4.1 流体微团运动的分析132

1.流体微团运动的分解133

2.流体微团变形和旋转运动的特征量138

线变形(长度变化)139

角变形(切变率)140

旋转141

4.2 理想流体运动的基本方程145

1.连续性方程145

2.理想流体的运动方程--欧拉方程148

3.欧拉运动方程沿流线的积分--伯努利方程149

4.无旋条件下欧拉运动方程的积分151

4.3 二维运动，流函数156

1.流函数的定义157

2.流函数方程159

有旋运动159

无旋运动159

3.流函数的应用159

4.4 涡旋运动163

1.涡旋运动的性质163

涡管强度164

涡线，涡管164

速度环量及其与涡管强度的关系165

涡管强度守恒原理168

2.环量守恒定理，涡管强度保持性定理169

凯尔文环量守恒原理169

涡旋的产生与消失170

涡管强度保持性定理171

3.涡旋的形成，叶片旋转时的尾涡171

间断面、涡旋的形成171

平板后面的间断面172

搅拌槽中涡轮桨叶片后的尾涡173

4.5 无旋运动174

1.无旋运动的特性175

速度势，势流175

二维无旋运动中流函数与势函数的关系176

2.势流基本方程176

3.基本无旋流178

均匀流178

径向流：点源和点汇178

环流179

4.理想流体绕物体的运动，绕圆柱、球的流动182

兰金体的运动，源汇叠加，偶极流182

绕圆柱体的流动186

圆柱形测速管原理，三孔探针190

绕球的流动196

5.附加质量，视质量197

4.6 有环量的无旋流动198

1.有环量的绕圆柱体流动199

升力的产生199

速度分布199

压力分布201

柱体表面上的作用力--升力202

马格努斯效应及其应用202

压力分布203

2.兰金涡203

速度分布203

4.7 旋风分离器中的涡旋运动205

1.速度分布206

切向速度206

径向速度208

轴向速度208

2.压力分布208

3.旋风分离器中的双层旋转流结构209

演习题211

本章主要符号211

参考书刊213

第五章 粘性流体运动的基本方程214

5.1 粘性流体的运动方程215

1.粘性流体运动的应力状态215

应力分量215

应力对称216

2.以应力表示的运动方程217

3.广义牛顿定律218

切应力与应变率的关系219

法向应力与应变率的关系219

4.粘性流体的运动方程--奈维-斯托克斯方程220

粘性流体中的压力220

5.粘性流体运动时的初始条件和边界条件221

5.2 粘性流体运动的性质与方程求解222

1.粘性流体运动的性质222

2.运动方程的求解224

准确解224

近似解231

数值解231

5.3 湍流运动的基本方程，雷诺方程232

1.湍流运动的主要特征232

不规则性232

有旋性，三维性233

扩散性233

耗能性234

2.湍流运动研究的基本途径235

3.湍流运动的瞬时速度与时均速度235

连续介质运动235

4.时均连续性方程238

5.雷诺方程239

6.动量传递与湍流附加应力240

7.湍流附加应力与时均运动的关系，湍流运动的半经验理论241

涡流粘度242

混合长理论243

5.4 能量方程246

1.能量方程247

2.粘性流体中的能量耗散249

3.湍流能量方程式251

5.5 扩散方程254

1.层流扩散方程255

2.湍流扩散方程257

5.6 流体动力相似与因次分析258

1.流动现象相似258

2.相似准数260

速度分布262

4.因次分析264

物理方程的齐次性和无因次化264

3.流体动力相似原理264

变量的无因次化265

待定函数的无因次化266

5.相似理论和因次分析方法的应用269

本章主要符号270

演习题270

参考书刊273

第六章 绕物体的运动274

压力分布275

1.低雷诺数下绕球运动的特征275

速度分布275

6.1 低雷诺数下绕物体的流动，斯托克斯公式275

流线276

2.阻力公式--斯托克斯公式277

阻力系数279

3.斯托克斯公式的进一步讨论280

非球形物体280

颗粒间相互作用280

器壁的影响282

4.斯托克斯公式的应用283

5.极慢运动方程及其求解283

绕球流动285

进口段边界层的发展287

6.2 高雷诺数下的绕流，边界层290

1.边界层概念，平面上的边界层291

边界层的发展，厚度的增长292

边界层中的流动状态292

边界层中的流型293

边界层厚度的估计293

摩擦阻力294

2.曲面上的边界层，分离现象296

具有压力梯度的边界层296

边界层分离，涡旋的形成297

分离条件298

低雷诺数下的绕流299

6.3 圆柱绕流，涡旋诱发振动299

1.流型随雷诺数的变化299

中等雷诺数下的绕流300

大雷诺数下的绕流301

单圆柱体后涡旋的发射频率与运动速度303

管排涡旋发射303

2.卡门涡街303

3.涡旋诱发振动304

4.涡旋流量计305

6.4 绕圆球流动，数值方法的应用305

1.球坐标系的涡-流函数方程305

2.有限差分解法307

计算框图308

网格设计309

基本有限差分公式310

涡旋传输方程的差分计算312

流函数方程的差分计算313

3.差分计算的稳定性和收敛性314

4.初始条件和边界条件316

5.流线、涡线的确定，球表面压力分布和阻力系数的计算317

6.计算结果，绕球流动的特征320

6.5 流体阻力的理论与实践321

1.阻力产生的机理及其影响因素321

摩擦阻力321

压差阻力322

2.阻力公式，阻力系数323

绕圆球流动的阻力系数324

绕圆柱流动的阻力系数331

3.减小阻力的措施332

6.6 沿平板的流动，边界层方程及其求解334

1.边界层方程334

量级比较334

边界层方程338

边界条件339

问题的形成341

2.不可压缩流体纵向绕平板时的层流边界层341

相似解342

相似变换342

级数解或数值解343

摩擦阻力345

位移厚度，动量厚度346

3.边界层动量积分关系式347

6.7 绕物体流动时的湍流边界层353

1.湍流边界层的多层结构353

粘性底层354

对数律层355

内层的统一表达式356

过渡层356

外层速度分布358

粘性顶层358

2.平板湍流边界层359

边界层厚度359

阻力系数360

粘性底层361

3.具有压力梯度的湍流边界层362

切应力分布364

6.8 伴有传热、传质时的绕流，传热、传质边界层365

1.传质边界层365

传质边界层方程366

传质边界层的厚度367

传质边界层的积分关系式367

2.传热边界层373

演习题381

本章主要符号381

参考书刊384

第七章 管内流动386

7.1 圆管层流流动387

1.进口段流动387

进口段的流动状态388

进口段长度389

进口段压降389

2.定常圆管层流运动389

简化运动方程法390

薄“壳”流体动量平衡法391

速度分布393

平均速度394

阻力公式394

壁面上的切应力395

哈根-泊稷方程的应用395

3.周期性圆管层流运动397

低频脉动398

高频脉动398

4.套管环隙中的轴向流动400

同心套管400

偏心套管402

1.光滑管的实验研究结果406

实验阻力公式406

7.2 圆管湍流运动406

速度分布的七分之一次方定律407

2.光滑管内湍流通用速度分布与一般阻力定律409

速度分布410

阻力定律410

3.管内涡流粘度分布413

涡流粘度与速度分布的关系414

涡流粘度的分布414

粗糙管实验结果417

4.粗糙管中的速度分布与阻力定律417

绝对粗糙度和相对粗糙度417

速度分布与阻力公式418

相当砂粒糙度，工业管道的实验结果421

5.光滑管、粗糙管通用阻力公式423

7.3 非直管、非圆管中的流动426

1.弯曲管，分离现象427

2.弯曲管，第一类次流429

3.弯曲管中流动的数值计算结果431

次流431

压力分布433

轴向流433

4.弯管阻力计算434

5.非圆管中的流动，第二类次流，水力直径435

层次时矩形管中流与压降的关系435

湍流，第二类次流436

阻力计算，水力直径437

7.4 变截面管中的流动441

1.两相交平壁间的流体定常运动443

简化方程，确立边界条件443

特性参数？445

收缩流446

扩张流447

2.二维扩张管中的流动状态447

无明显分离的流动449

不稳定的分离流449

充分发展的分离流449

射流状态450

3.无分离时扩张管中速度分布的特征451

4.变截面管阻力计算453

摩擦阻力的计算455

7.5 流量分配管中的流体流动456

1.分配管中流动的总体衡算方法457

动量衡量法458

能量衡算法458

侧流458

2.分配管计算460

3.管内流量变化时摩擦阻力的计算461

7.6 管内流动与传热464

1.变物性时的管内流动465

粘性对流动的影响465

密度对流动的影响467

2.进口段内的传热特点470

3.管内层流传热472

方程的建立472

恒热流473

流体平均温度474

传热系数474

恒壁温474

4.管内湍流传热--热量传递与动量传递的类似律475

热量与动量传递类似的物理基础475

雷诺类似律477

普朗特类似律479

本章主要符号480

温度分布480

演习题482

参考书刊483

第八章 射流485

8.1 自由射流486

1.自由射流的发展486

起始段(流动发展区)487

2.射流运动状态：层流与湍流488

3.卷吸机理488

基本段488

过渡段488

4.自由射流特性参数的估计489

自由湍流中的混合长490

射流宽度的增长491

射流中心速度的衰减491

5.自由射流的实验观测492

势流核心区的长度492

射流宽度492

速度分布493

速度比尺和长度比尺493

卷吸速度与卷吸系数495

密度差的影响496

8.2 复杂射流499

1.并流射流499

速度分布500

强射流与强射流500

速度比尺与长度比尺501

势流核心区的长度503

2.错流射流505

基本流型506

偏折射流边界508

轴向速度衰减509

速度分布510

倾斜射流512

逆流射流512

3.管内射流518

基本流型518

环流区的判别519

中心速度衰减523

外流速度变化523

压力变化524

4.射流撞击与径向壁射流527

撞击区流型527

撞击区中心速度衰减528

径向压力分布529

壁射流531

8.3 射流计算534

1.平面射流534

运动方程534

涡流粘度536

相似变换537

速度分布538

射流宽度538

射流流量539

2.圆射流539

1.颗粒悬浮547

8.4 射流的工程应用547

最低动量548

颗粒大小与流动状态548

2.传热强化551

本章主要符号552

演习题553

参考书刊555

第九章 湍流与混和557

9.1 层流稳定性与湍流起源557

2.剪切流的不稳定性558

1.流动稳定性问题558

3.层流向湍流状态的转变560

4.影响状态转变的因素562

压力梯度562

表面弯曲，离心力影响563

壁面加热或冷却563

吸入565

基本原理566

5.线性稳定性理论--小扰动法566

稳定性方程567

表面粗糙度568

拇指曲线570

平板边界层的计算结果571

6.猝发现象与拟序结构572

湍剪流内层结构573

猝发过程574

猝发现象与热量和物质的传递575

搅拌槽中湍流的拟序结构576

9.2 湍流的物理模型577

1.涡旋拉伸577

3.大雷诺数湍流581

充分发展的湍流的物理图象581

2.能量梯级581

能量耗散582

脉动速度583

9.3 湍流的统计特性584

1.湍流脉动的简化分析：均匀性和各向同性585

均匀湍流585

各向同性湍流585

2.湍流强度586

3.相关函数和相关函数587

相关系数587

欧拉空间相关588

各向同性湍流中的纵向相关和横向相关590

欧拉时间相关591

三阶相关591

4.相关函数的性质和湍流尺度592

积分尺度595

微分尺度595

6.湍流能谱599

能谱函数599

相关系数与能谱函数之间的相互关系600

泰勒假定602

能谱函数与湍流尺度603

波谱603

横向相关与能谱函数的关系604

湍流能谱表示湍流特征605

一维与三维谱606

9.4 各向同性湍流607

1.各向同性湍流的动力学方程--卡门-霍华斯方程608

2.能谱方程609

3.各向同性湍流中的能量耗散611

4.能谱曲线的一般形状612

5.能谱区段613

较高波数区(含能涡旋区)614

低、中波数区614

最高波数区(统计平衡区)615

惯性子区616

湍流特征雷诺数617

6.能谱方程的封闭--海森堡解618

9.5 湍流脉动的测量方法和若干测量结果621

1.热丝(热膜)流速仪621

2.激光多普勒流速仪623

3.管流实验结果625

脉动强度625

能谱627

4.射流实验测定629

相关系数与湍流尺度629

5.搅拦槽中的湍流参数633

9.6 湍流与混和638

1.混和机理639

2.混和特性641

分隔尺度641

分隔强度643

3.各向同性湍流场中的混和643

谱函数644

混和时间646

高施密特数647

低施密特数647

混和装置放大648

4.湍流、混和对化学反应的影响648

本章主要符号654

演习题655

参考书刊656

第十章 液滴与气泡的运动658

10.1 气泡与液滴的形成659

1.孔口气泡的生成659

气泡形成过程659

影响气泡大小的因素665

2.连续气体射流668

3.液体射流的不稳定性；分裂与雾化673

射流稳定曲线674

表面张力不稳定性，对称扰动675

空气动力不稳定性，雾化现象676

10.2 液滴与气泡运动概述678

1.气泡(液滴)形态678

基本形状678

决定滴、泡形状的无因次数678

2.内部环流681

毛细现象682

3.表面张力推动的相际界面上的流动682

玛兰哥尼(Marangoni)效应683

4.界面湍流684

10.3 液滴运动(一)685

1.低雷诺数下球形液滴的运动685

运动方程与边界条件686

基本流型687

表面速度688

阻力689

终端速度689

表面活性物质的影响690

2.H-R公式的实验检验。表面活性物质对液滴运动的影响690

表面粘度模型691

表面张力梯度模型691

3.阻力曲线及速度曲线695

阻力曲线695

速度曲线696

10.4 液滴运动(二)699

1.中等雷诺数下球形液滴的运动699

流线699

阻力700

表面速度700

2.空气中液滴的运动701

终端速度701

内循环702

液滴的变形704

变形液滴的终端速度705

3.大液滴的运动706

4.变形液滴的尾流708

5.次运动710

10.5 气泡运动711

2.中等尺寸气泡的运动713

气泡表面上的边界层713

1.小气泡的运动713

气泡运动阻力714

终端速度716

3.大气泡的运动718

大气泡的形状--球帽形718

终端速度720

尾流721

上升气泡周围流体的运动721

10.6 液滴、气泡的分裂与合并726

1.液体中气泡的分裂726

2.液滴的分裂与合并727

最大稳定液滴728

最小稳定液滴729

本章主要符号735

演习题736

参考书刊737

第十一章 液膜流动740

11.1 液膜流动特性740

1.液膜流动的基本状态741

2.液膜运动方程742

边界条件743

11.2 液膜层流运动744

1.垂直平壁上等厚度液膜层流运动745

液膜自由流动746

液膜厚度746

2.垂直圆柱面上光滑薄膜的层流运动748

3.有冷凝(或蒸发)时液膜的层流运动749

11.3 物体从液体中抽出时表面上的滞留膜758

1.物体表面上滞留液膜流动的一般特性758

2.滞留液膜流量与厚度的计算759

11.4 液体波动运动特性764

1.波动产生的原因764

重力波764

2.重力波的特性765

毛细波765

无限深液体表面上的波动766

有限深液体表面上的波动767

3.粘性对波动的影响，波的衰减768

4.表面张力对波动的影响，涟波769

5.表面活性物质对波动的影响，消波作用771

11.5 波动层薄膜运动773

1.波动层流薄膜流动分析的经典方法--卡彼查方法774

波动薄膜运动方程的建立774

薄膜波动特性777

速度分布778

2.波动薄膜流动的统计特性779

波动的随机性780

双波系统782

11.6 液膜湍流运动783

1.自由面附近的湍流特性--列维奇的分析783

2.自由面附近湍流参数的测定785

光滑表面786

粗糙表面787

11.7 垂直降膜纵向流动特征789

1.界面波790

波动性质790

最大和最小膜厚791

大幅波的频率和间距792

波的传播速度793

界面积793

2.平均液膜厚度794

平均膜厚的纵向分布795

临界雷诺数沿纵向的变化796

本章主要符号798

演习题799

参考书刊800

第十二章 非牛顿流体的流动802

1.管流的“剪切稀化”803

12.1 高分子流体的流动特性803

2.爬杆804

3.挤出胀大806

4.搅拌槽中的反向次流807

5.回复808

6.无管虹吸809

7.尤伯拉效应810

8.减阻，汤姆斯效应811

12.2 非牛顿流体的剪切粘度812

粘度的剪切依赖性理论813

1.假塑性流体的剪切粘度813

幂律模型的局限性814

埃利斯模型815

米特模型815

卡雷模型816

2.粘塑性流体的剪切粘度817

凯森模型817

赫谢尔-布尔克利模型818

12.3 高分子流体的拉伸流动与拉伸粘度819

1.拉伸流动819

2.拉伸粘度820

12.4 假塑性流体的流动822

3.拉伸应力增长函数822

1.圆管中的流动823

层流状态823

从层流到湍流的过渡825

湍流状态827

阻力定律828

2.平板上的流动，边界层835

12.5 粘塑性流体的流动841

1.管内流动841

2.同心圆筒间的切向流843

12.6 粘弹性流体的流变特性与流动846

1.法向应力差847

2.粘弹性流体的动态特性，复数粘度850

3.由粘性数据估计弹性853

4.描述弹性行为的无因次数群858

5.马克斯威尔方程--线性粘弹性的模型860

本章主要符号863

演习题864

参考书刊865

附录866

Ⅰ.基本运动方程和牛顿流体应力与应变率的关系式866

Ⅱ.各章例题名称872