传递过程原理及其数值仿真【2025|PDF下载-Epub版本|mobi电子书|kindle百度云盘下载】

传递过程原理及其数值仿真PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

1　绪论3

第一编 流体动量传递原理3

2　流体基本性质7

2.1　流体的分散性与连续介质模型7

2.1.1　流体的分散性7

2.1.2　连续介质模型7

2.2　流体的压缩性与不可压缩模型8

2.2.1　流体的压缩性8

2.3　牛顿粘性定律与粘性系数9

2.3.1　牛顿粘性定律9

2.2.2　不可压缩模型9

2.3.2　粘性系数10

2.4　牛顿流体与非牛顿流体11

2.5　质量力与表面力13

2.6　层流与湍流14

3　流体输运方程15

3.1　随体导数15

3.1.1　拉格朗日描述法15

3.1.2　欧拉描述法16

3.1.3　随体导数16

3.2.2　雷诺输运定理18

3.2　雷诺输运定理18

3.2.1　控制体与系统18

3.3　连续性方程20

3.4　应力张量21

3.5　动量方程22

3.6　变形率张量与亥姆霍兹定理24

3.7　本构方程28

3.8　纳维-斯托克斯方程29

3.9　运动方程的无量纲化与相似率31

4.1.1　基本方程组的封闭性讨论34

4.1.2　定解条件34

4.1　不可压缩流体运动方程组的封闭性与定解条件34

4　N-S方程的层流基本解34

4.1.3　求解方法35

4.2　库埃特流动（二维平面内层流）36

4.3　泊肃叶流动（二维轴对称层流）38

4.4　斯托克斯流动（平板启动）39

4.5　西门茨流动（平面驻点流动）41

4.6　低雷诺数流动（圆球绕流）43

5　边界层流动47

5.1　边界层流动的基本特征47

5.2　边界层运动方程50

5.3　边界层方程的相似性解52

5.4　平板边界层的布拉修斯精确解55

5.5　轴对称绕流边界层的级数解法57

5.6　边界层积分方程解法60

5.6.1　边界层动量积分方程60

5.6.2　边界层能量积分方程61

5.6.3　边界层方程的积分近似解法62

6　湍流与湍流理论66

6.1　湍流现象与湍流的形成66

6.1.1　粘性运动的有旋性与湍流特征67

6.1.2　层流的稳定性68

6.1.3　猝发现象与涡的迁移70

6.1.4　湍流的拟序结构71

6.2　湍流描述方法72

6.2.1　时间平均法73

6.2.2　空间平均法73

6.2.3　系综平均法74

6.3　湍流运动基本方程74

6.3.1　连续方程75

6.3.2　动量方程（雷诺方程）75

6.3.3　能量方程76

6.3.4　涡量方程78

6.4　湍流模式理论79

6.4.1　湍流运动基本方程的封闭性讨论79

6.4.2　湍流模式理论分类及特点79

6.4.3　涡粘度与布辛涅斯克假设80

6.4.4　0方程模式（普朗特混合长度理论）80

6.4.5　单方程模式（湍动能方程）81

6.4.6　双方程模式（k-ε模式）82

6.4.7　重整化群（RNG）模型83

6.4.8　雷诺应力与代数应力模型简介84

7.1　混合长度与流速分布律86

7　几种典型湍流问题的半经验解法86

7.2　射流与尾流88

7.2.1　基本特征88

7.2.2　相似解法（平面射流）91

7.3　圆管内湍流93

7.3.1　时均运动方程式94

7.3.2　流速分布率95

7.3.3　光滑管流动阻力96

7.3.4　粗糙管流动阻力97

7.4.1　基本方程99

7.4　平壁湍流速度边界层99

7.4.3　壁面律100

7.4.2　分区特征100

7.4.4　速度边界层101

7.4.5　层流-湍流组合边界层103

第二编 热量传递原理108

8　热扩散108

8.1　热扩散基本理论108

8.1.1　傅立叶导热定律108

8.1.2　热传导过程的能量平衡114

8.2.1　一维情形116

8.1.3　齐次问题与非齐次问题116

8.2　稳态导热116

8.2.2　多维情形123

8.3　非稳态导热130

8.3.1　集总热容系统的非稳态导热130

8.3.2　无界区域内的一维非稳态导热132

8.3.3　用Laplace变换法求解非稳态导热问题138

8.3.4　非齐次导热问题的处理139

8.3.5　相变导热问题142

9.1.1　热边界层144

9　对流换热144

9.1　对流换热的基本概念144

9.1.2　表面传热系数与边界层厚度的关系145

9.1.3　Nu数的物理含义146

9.2 对流换热问题的数学描述146

9.2.1　对流换热情况下的能量平衡146

9.2.2　能量方程在坐标系下的表现形式149

9.2.3　典型层流情况下的主导方程150

9.2.4　湍流情况下换热的能量方程152

9.3.1　相似解法及相似解153

9.3　外部强迫对流换热153

9.3.2　近似解法162

9.4　内部强迫对流换热165

9.4.1　充分发展段的层流换热165

9.4.2　管内湍流换热168

9.5　自然对流换热173

9.5.1　相似解法173

9.5.2　积分方程解法178

9.5.3　封闭空间内的自然对流180

10　辐射传热183

10.1.1　热辐射能量的描述184

10.1　热辐射基本概念和固体表面辐射性质184

10.1.2　黑体辐射特性和规律186

10.1.3　固体表面辐射性质188

10.2　固体表面间的辐射换热195

10.2.1　角系数195

10.2.2　角系数的计算197

10.2.3　漫灰体表面辐射换热计算201

10.2.4　非漫、灰表面辐射换热计算209

10.3　介质中热辐射213

10.3.1　介质热辐射基本概念与描述方法213

10.3.2　辐射传递方程216

10.3.3　辐射能量方程218

10.3.4　辐射边界条件220

10.3.5　一维灰介质辐射传递方程精确解222

10.3.6　辐射传递方程的近似解法224

第三编 质量传递原理233

11　质量传递的机理233

11.1　传质的基本概念233

11.1.1　传质过程及其特征233

11.1.2　混合相的物质浓度和成分234

11.1.4　物质通量235

11.1.3　物质流流速235

11.2　菲克（Fick）第一定律236

11.3　扩散系数237

11.3.1　气体的扩散系数238

11.3.2　液体扩散系数238

11.3.3　固体扩散系数238

11.4　质量传递微分方程239

11.4.1　二元扩散中的质量守恒微分方程一般形式240

11.4.2　质量传递微分方程的几种简化形式242

12.1.1　等摩尔（分子）逆向扩散244

12.1　一维稳态扩散传质244

12　扩散传质244

12.1.2　A组元通过呆滞组元B（或惰性介质）的扩散245

12.1.3　边界上的扩散和化学反应247

12.1.4　主体相内有一级化学反应的稳态传质249

12.1.5　气体通过固体层的扩散——气体渗透250

12.1.6　气体通过多孔介质的扩散251

12.2　二维稳态扩散传质252

12.3　非稳态扩散传质253

13　对流传质255

13.1　浓度边界层与表面传质系数255

13.2.1　湍流扩散概念257

13.2　对流传质机理与模型257

13.2.2　界膜传质模型258

13.2.3　渗透理论与表面更新模型259

13.2.4　薄膜-渗透理论261

13.3　对流传质微分方程与传质相似准数262

13.3.1　组分守恒方程（传递方程）262

13.3.2　传质相似准数263

13.4　层流下的质量传递264

13.4.1　平板表面上层流传质控制方程264

13.4.2　平板表面间层流传质的近似解265

13.4.3　管内层流传质267

13.5　平板壁面上湍流传质的近似解268

13.6　对流传质的实验关系式269

13.6.1　流体与单个球形颗粒之间的传质270

13.6.2　流体通过固定床270

13.6.3　流化床内流体与颗粒表面间传质271

13.7　对流传质与对流传热的类似271

14　综合传质275

14.1　相际平衡与平衡浓度275

14.2.1　通过相界面传质的特点与双膜模型276

14.2　双膜传质理论与贯通传质系数276

14.2.2　通过相界面的传质速率与贯通传质系数277

14.3　相界面有化学反应时的传质——炭粒燃烧过程279

14.3.1　反应-传质速率279

14.3.2　燃烧时间280

14.4　平板层流边界层中同时进行动量、热量与质量传递的过程281

14.5　动量与质量同时传递的过程286

14.6　传热与传质同时发生时的综合传递过程288

14.6.1　界面附近的温度分布与热量平衡289

14.6.2　湿球温度与湿球系数289

14.6.3　干燥速率与干燥时间291

14.6.4　强制平板流中的传热传质过程293

第四编 传递过程的数值仿真299

15　导言299

15.1　描述传递过程的通用控制方程299

15.1.1　质量守恒方程299

15.1.2　动量守恒方程299

15.1.3　能量守恒方程299

15.1.4　化学组分守恒方程300

15.1.5　湍动能与湍动能耗散率方程300

15.2　边界条件与初始条件301

15.1.6　通用控制方程301

15.3　控制方程的数学分类及其对数值解的影响302

15.3.1　偏微分方程的分类302

15.3.2　双曲型方程302

15.3.3　抛物型方程303

15.3.4　椭圆型方程304

15.4　传递过程仿真中所应用的数值方法304

16　空间区域与控制方程的离散化308

16.1　计算区域的离散化308

16.1.1 区域离散化的实质及其网格种类308

16.1.2　设置节点的两种方法310

16.2　建立离散化方程的有限差分法311

16.2.1　导数的差分表达式311

16.2.2　一维非稳态有源对流-扩散方程的离散313

16.3　建立离散化方程的有限容积法315

16.3.1　控制容积法的实施步骤315

16.3.2　有限差分法与有限容积法的比较317

16.4　建立离散化方程的有限元法317

16.4.1　Galerkin有限元法317

16.4.2　混合型边界条件320

17.3.4　非稳态系统的稳定性准则320

16.4.3　变分原理321

16.4.4　伴随变分原理323

17　离散方程的数值特性326

17.1.1　截断误差326

17.1　截断误差与相容性326

17.1.2　相容性327

17.2　离散误差与收敛性327

17.2.1　离散误差327

17.2.2　离散方程的收敛性327

17.3　舍入误差与初值问题的稳定性328

17.3.1　舍入误差328

17.3.2　数值解误差的组成328

17.3.3　初值问题的稳定性329

17.3.5　Lax等价定理333

18 扩散问题334

18.1 一维稳态导热问题334

18.1.1 一维稳态导热方程的离散化334

18.1.2　界面上当量热导率的确定方法335

18.1.3　界面上连续性要求的说明336

18.1.4　源项的线性化处理337

18.1.5　离散方程的系数与代数方程组的收敛性337

18.1.6　边界条件的处理338

18.2.1　一维非稳态导热方程的离散化340

18.2　一维非稳态导热问题340

18.2.2　离散格式的收敛性及其解的物理意义341

18.3　多维非稳态导热问题342

18.3.1　二维全隐式离散方程342

18.3.2 　3种二维坐标系中全隐式离散方程的通用形式343

19　对流与扩散问题344

19.1　一维稳态对流与扩散问题344

19.1.1　对流项的中心差分格式344

19.1.2　迎风格式345

19.1.3　精确解346

19.1.5　混合格式347

19.1.4　指数格式347

19.1.6　乘方格式348

19.1.7　aE、aW的通用表达式348

19.2 多维对流与扩散方程的离散化及边界条件的处理350

19.2.1　二维对流-扩散方程的离散化350

19.2.2　三维对流-扩散方程的离散化352

19.2.3　边界条件的处理353

19.3　假扩散354

19.3.1　假扩散的含义354

19.3.2　由于一阶导数截差阶数低而引起的假扩散354

19.3.3　流速与网格线倾斜交叉引起的假扩散355

19.3.4　非常数项源项引起的假扩散356

19.4　可以克服或减轻假扩散的格式356

19.4.1　二阶迎风格式356

19.4.2　三阶迎风格式357

19.4.3　QUICK格式357

19.5　对流-扩散方程离散形式的稳定性358

20　求解流场的原始变量法360

20.1　动量方程的源项与特殊性361

20.1.1　动量方程的源项361

20.1.2　动量方程的特殊性361

20.2　交错网格362

20.3　交错网格上动量方程的离散363

20.3.1　动量离散方程363

20.3.2　交错网格界面上参数的确定364

20.4　压力与速度的修正365

20.4.1　速度修正值的计算公式365

20.4.2　压力修正方程366

20.4.3　压力修正方程的边界条件366

20.4.4　速度修正值计算公式与压力修正方程的说明366

20.5　SIMPLE算法及其发展367

20.5.1　SIMPLE算法的计算步骤367

20.5.3　SIMPLEC算法368

20.5.2　SIMPLER算法368

20.5.4　PISO算法369

20.6　同位网格上的SIMPLE算法370

20.6.1 同位网格上界面流速的插值方法371

20.6.2　同位网格上压力修正方程371

20.6.3　同位网格上SIMPLE算法的计算步骤372

21　辐射换热求解模型373

21.1　区域法373

21.2　蒙特卡罗法375

21.2.1　表面之间的辐射换热375

21.2.2　中间介质中的吸收376

21.2.3 中间介质中的辐射方向377

21.2.4　温度与热流的计算378

21.3　离散传播法378

21.4　离散坐标法380

21.4.1　辐射传递方程的坐标离散380

21.4.2　离散坐标的性质及其约束条件381

21.4.3　离散坐标方程的求解381

22　数值仿真方法在工程中的应用383

22.1　化学反应模型383

22.1.2　EBU模型384

22.1.1　PDF模型384

22.2　商业软件简介385

22.2.1　商业软件的一般特点385

22.2.2　几个主要CFD/NHT商业软件简介386

22.3 工程应用实例：塔式锌精馏炉燃烧室多场耦合数值模拟387

22.3.1　物理模型387

22.3.2　控制方程388

22.3.3　边界条件389

22.3.4　计算结果及其分析390

附录1　向量代数396

附录2　张量初步400

附录3　正交曲线坐标系中的粘性流体力学基本方程组403

附录4412

附表1-1 水在一个大气压下不同温度时的粘性系数412

附表1-2　干空气在一个大气压下同温度时的粘性系数412

附表1-3　饱和水在不同温度下的导热系数412

附表1-4 干空气在一个标准大气压下的导热系数412

附表11-1 气体扩散系数（p=0.1MPa）413

附录11-2　低压气体的pDAB值414

附表11-3 低浓度物质在水中的DAB415

附表11-4 物质在有机溶质无限稀释中的DAB416

主要参考文献417