化工流体力学

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上篇流体力学基础

第1章流体运动规律的影响因素和研究方法1

11流体的物理属性1

111连续介质假定1

112密度，压缩性3

113黏性，牛顿流体3

114导热性，热导率8

115扩散性，扩散系数9

116表面张力10

.12流动空间的几何特征，流动问题分类13

121流体运动问题的分类13

122化工设备中的流动问题，典型化工设备及其结构特征15

13引发流体运动的方式、工艺过程的操作条件17

131化工设备中流动的发生：泊谡流与库特流17

132流动的两种基本状态：层流与湍流18

133流动状态的判别，雷诺数19

134低雷诺数（爬流）与高雷诺数（边界层流）19

14研究流体运动规律的基本途径20

141理论解析法20

142实验观测法20

143数值计算法22

本章主要符号23

习题23

参考文献24

第2章流体运动学、理想流体运动25

21流体运动的表示方法25

211拉格朗日法25

212欧拉法26

213随体导数27

214定常流动与非定常流动，流线与轨线的进一步讨论28

215一维运动29

22变形的运动学——流体微团运动分析31

221流体微团运动的分解31

222流体微团变形和旋转运动的特征量33

23连续性方程37

24理想流体的运动方程——欧拉方程及其伯努利积分39

241欧拉运动方程沿流线的积分——伯努利方程39

242无旋条件下欧拉运动方程的积分40

243可压缩气体的伯努利方程41

244伯努利方程的应用41

245伯努利方程的局限性47

25二维运动，流函数47

251流函数的定义47

252流函数方程49

253流函数的应用49

26涡旋运动50

261工程中的涡旋运动现象50

262涡旋性质及涡旋运动经典理论51

263涡旋动力学——涡旋的产生、扩展与消失55

27无旋运动57

271无旋运动的特性57

272势流基本方程58

273基本无旋流59

274理想流体绕物体的运动，绕圆柱、球的流动60

28有环量的无旋运动65

281有环量的绕圆柱体流动65

282兰金涡67

本章主要符号70

习题71

参考文献73

第3章黏性流体力学74

31黏性流体的运动方程及其性质与求解74

311运动方程的建立74

312运动方程的定解条件78

313黏性流体运动的性质78

314n瞫运动方程的求解80

32低雷诺数流理论n瞫方程近似（一）84

321stokes流基本方程组84

322绕球运动，stokes解85

323oseen流90

324颗粒横向漂移91

325低雷诺数流理论的发展与应用91

33高雷诺数流理论（层流边界层理论）n瞫方程近似（二）92

331高雷诺数下平板绕流边界层92

332曲面上的边界层，分离现象94

333边界层方程及其求解96

34湍流运动的基本方程与经典湍流理论104

341层流稳定性与湍流起源104

342湍流运动的主要特征108

343湍流运动的基本方程，雷诺方程110

344湍流唯象理论（半经验理论）112

345充分发展的湍流运动的简化模型115

346湍流的统计特性119

35绕流，外部流动129

351绕平板流动，湍流边界层129

352圆柱绕流，涡旋诱发振动134

353流体阻力的理论与实践136

36管流，内部流动142

361圆管层流流动142

362圆管湍流运动148

363非直管、非圆管中的流动，二次流现象153

37射流与尾流159

371自由射流160

372复杂射流166

373射流的工程应用167

374尾流168

38多孔介质中的流动169

381多孔介质结构169

382实际速度与平均速度(表观速度)169

383darcy定律170

39湍流参数测量173

391热丝(热膜)流速仪173

392激光多普勒流速仪175

393管流实验结果176

310湍流拟序结构177

3101湍流边界层结构178

3102自由剪切流180

3103研究湍流拟序结构的意义与应用180

本章主要符号181

习题182

参考文献186

第4章两（多）相流动188

41气泡与液滴的形成188

411孔口气泡的生成188

412连续气体射流192

413液体射流的不稳定性：分裂与雾化195

42单一液滴/气泡运动，气泡动力学197

421液滴/气泡运动概述197

422低雷诺数下球形液滴的运动201

423液体中的气泡运动206

43多颗粒流动213

431颗粒在流体中的运动214

432密集鼓泡215

433液滴，气泡的分裂与合并217

44液膜流动221

441液膜流动特性221

442液膜层流运动223

443物体从液体中抽出时表面上的滞留膜226

444波动层流薄膜运动230

445液膜湍流运动231

本章主要符号234

习题235

参考文献236

第5章非牛顿流体的流变性与流动237

51聚合液体的特异流动行为237

511剪切稀化238

512爬杆238

513挤出胀大239

514搅拌槽中的反向次流240

515滑移现象240

516添加剂减阻，汤姆斯（toms）效应240

52非牛顿流体的本构方程与物质函数241

521假塑性流体的剪切黏度242

522黏塑性流体的剪切黏度245

523触变性245

53假塑性流体流动247

54黏塑性流体流动250

55聚合液体的拉伸流动与拉伸黏度253

551拉伸流动253

552拉伸黏度253

56黏弹性流体的流变特性与流动254

561法向应力差255

562黏弹性流体的动态特性，复数黏度256

563描述弹性行为的无量纲数群258

564马克斯威尔方程——线性黏弹性的模型258

57流变测量259

571毛细流变仪259

572旋转流变仪261

本章主要符号263

习题263

参考文献264

第6章计算流体力学266

61流体力学主要方程与模型267

611不可压navier瞫tokes方程267

612涡流函数方程268

613湍流模型268

62数值计算方法272

621微分方程的离散及求解272

622有限差分法273

623有限元法274

624有限体积法276

63流场数值计算的应用实例279

631圆柱绕流279

632非牛顿流体管流281

633伴有化学反应的边界层流284

634鼓泡塔中气液两相流的数值计算288

本章主要符号291

习题292

参考文献292下篇流体力学应用

第7章流体流动与传热、传质293

71能量方程293

711能量方程294

712黏性流体中的能量耗散295

713湍流能量方程296

72扩散方程297

721层流扩散方程298

722湍流扩散方程298

73管内传热299

731管内层流传热300

732管内湍流传热302

74人工粗糙管内的流动与传热306

741人工粗糙管中的湍流运动307

742人工粗糙管中的湍流传热与温度分布310

75伴有传热、传质时的绕流，传热、传质边界层312

751传质边界层312

752传热边界层317

753圆柱绕流流型与传热速率321

本章主要符号321

参考文献322

第8章流动、混合与化学反应323

81流动、混合与混合机理323

811层流中的分子扩散324

812湍流扩散325

813剪切分散326

814混合效果评价328

82化学反应与混合330

821特征时间与混合效应判别331

822混合对化学反应的影响332

823微观混合模型334

824撞击射流与快速混合技术335

83湍流与微观混合，反应沉淀336

831沉淀过程中不同尺度的混合337

832混合/沉淀模型337

833沉淀过程的cfd338

84聚合与混合（一），湍流与液液分散，悬浮聚合338

841湍流场中的液滴分散339

842液滴合并340

843液滴大小分布与液惨悍蔷相聚合反应器放大341

85聚合与混合（二），高黏液膜流动与混合，熔融缩聚342

851圆盘反应器中的液体运动342

852旋转圆盘反应器中的质量传递345

本章主要符号346

参考文献346

第9章生物反应器流体动力学348

91培养液/发酵液流变性348

911发酵液的流变性348

912植物细胞培养液的流变性348

913黄原胶的流变性349

92叶轮流体动力学（一）单相流体350

921总体流动特性350

922流型352

923速度分布357

924剪切速率357

925湍流特征359

93叶轮流动动力学（二）气液两相361

931气/液两相流型361

932气泡大小分布364

933气含率分布367

94剪切环境与生物反应367

941剪切环境与菌体形态和代谢367

942气泡蚕赴相互作用368

本章主要符号372

参考文献373

第10章聚合物加工中的流动与传递374

101螺槽与口模中的流动374

1011螺槽中的运动375

1012口模中的熔体流动377

102熔体充模流动379

1021矩形模腔中的流动379

1022径向流充模380

1023充模过程中的喷泉流382

103压延辊隙间的熔体流动383

1031辊隙间流型383

1032压延等温流动384

本章主要符号386

参考文献386"