Thermomechanics of Drying Processes pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Kowalski, Stefan Jan

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:

价格:145

装帧:HRD

isbn号码:9783540004127

丛书系列:

图书标签:

• 干燥
• 热力学
• 传热传质
• 材料科学
• 过程工程
• 流体力学
• 相变
• 建模
• 模拟
• 食品干燥

干燥过程的热力学与机械学：一本深入解析多相传热传质的权威著作 图书名称： 《干燥过程的热力学与机械学》 (Thermomechanics of Drying Processes) 内容简介： 本书是一部系统、深入探讨干燥过程所涉及的复杂热力学、传热学、传质学及相关机械学原理的专业著作。它旨在为材料科学家、化学工程师、机械工程师以及从事干燥技术研发和应用的研究人员提供一个全面而严谨的理论框架和实用的分析工具。 干燥，作为工业生产中最为普遍且关键的操作单元之一，其核心在于材料内部水分或其他溶剂的移除。这一过程远非简单的热量输入和水分蒸发，而是一个高度耦合的多物理场问题，涉及热量、质量和动量的传递，并伴随着材料微观结构的演变和宏观性能的改变。本书聚焦于解析这些耦合效应，尤其强调干燥过程中热力学驱动力和机械力响应之间的内在联系。 第一部分：干燥过程的基础理论与热力学驱动力 本书的开篇部分为读者奠定了坚实的理论基础。我们首先对干燥过程进行精确的系统定义，并引入干燥过程的宏观与微观视角。 热力学基础与相平衡： 详细阐述了水在多孔介质中的热力学性质，包括蒸汽分压、活度系数以及液-气平衡的精确描述。重点分析了温度梯度和浓度梯度如何共同驱动水分的迁移。我们深入探讨了毛细管力、表面张力以及孔隙结构对水分迁移势能的影响，明确了干燥过程的根本热力学驱动力。 传热学原理在干燥中的应用： 详细回顾了对流、传导和辐射传热的理论。针对干燥系统特有的边界条件（如恒温、恒湿、恒湿球温度等），推导了适用的瞬态和稳态传热方程。特别关注了湿空气与固体物料界面的能量平衡，并对潜热消耗、显热传递效率进行了量化分析。 传质学与扩散机理： 这是本书的核心内容之一。我们系统区分了不同阶段的传质机制： 1. 恒定速率阶段： 重点分析表面蒸发，建立基于边界层理论的传质模型，计算表面传质系数。 2. 降速阶段： 深入研究水分从材料内部向表面的迁移。详细讨论了分子扩散、对流扩散、毛细管流动等多种机制的相对重要性，并引入了有效扩散系数的概念，该系数是温度、湿度和材料孔隙结构复杂的函数。 第二部分：材料结构响应与机械力耦合 干燥不仅是能量和物质的转移，更是对材料结构造成显著影响的过程。本书的独到之处在于将热力学驱动的传质过程与由此引发的材料结构变化和机械响应紧密结合。 孔隙结构演变与渗透性变化： 干燥过程中，材料内部水分的去除导致孔隙收缩、连通性改变甚至孔壁塌陷。本书利用孔隙度模型和随机网络模型，量化了水分迁移率（渗透性）如何随干燥程度而动态变化。我们引入了基于有效介质理论的传导与渗透性修正模型。 干燥应力和变形（热力机械耦合）： 水分的蒸发伴随着体积收缩和内部应力的产生。我们构建了一个耦合的场方程组，将热应力（由温度梯度引起）和浸润应力（由水分张力和体积收缩梯度引起）纳入考虑。重点分析了： 收缩机制： 区分均匀收缩、非均匀收缩（如表面硬化效应）和各向异性收缩。 应力分布： 预测干燥过程中物料内部的残余应力分布，这是导致开裂、翘曲和结构破坏的关键因素。 裂纹萌生与扩展的力学模型： 基于断裂力学原理，本书探讨了干燥应力超过材料的局部断裂韧性时，裂纹如何萌生和扩展。我们提供了判定裂纹敏感性的无量纲参数，并讨论了如何通过控制干燥速率和温度曲线来抑制有害的裂纹形成。 第三部分：先进干燥技术与模型应用 本书的后半部分将理论模型应用于实际的工程问题，重点关注先进和非常规的干燥技术。 真空干燥与冷冻干燥的特殊考量： 真空干燥： 重点分析低压环境下水蒸气的有效传热与传质，以及局部过热的风险。 冷冻干燥（升华）： 详细讨论冰晶结构对升华速率的控制作用，以及控制低温下传热和传质的挑战，尤其关注产品的“骨架强度”保持。 微波、射频与超声辅助干燥： 探讨了体积加热机制如何改变内部温度和水分分布。通过引入电磁场耦合与声场耦合项，建立描述非均匀加热下传热传质的广义模型，并分析这些技术在加速干燥速率和改善产品质量方面的潜力与局限性。 数值模拟方法与工程实践： 最后，本书详细介绍了利用有限元法（FEM）或有限体积法（FVM）求解上述耦合偏微分方程的数值技术。提供了将理论模型转化为可操作的工程模拟工具的步骤，包括网格划分、边界条件设置和收敛性分析，旨在帮助工程师优化实际干燥器的设计和操作参数。 读者对象： 本书内容深度适中，理论推导严谨，同时兼顾工程应用。它将是研究生、高校教师、干燥设备制造商的技术人员以及高技术材料（如陶瓷、生物材料、食品和制药）加工工程师案头的必备参考书。通过阅读本书，读者将能够从根本上理解干燥过程的物理本质，并设计出高效、节能且能保证产品质量的先进干燥工艺。

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