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出版者:McGraw-Hill College

作者:Murphy, Regina M

出品人:

页数:736

译者:

出版时间:2005-11

价格:$ 226.57

装帧:HRD

isbn号码:9780072849608

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• 物料平衡
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《计算流体力学基础与应用：面向化工过程工程师的实践指南》 本书聚焦于化工过程设计、优化与故障诊断的核心挑战，深入剖析了计算流体力学（CFD）在现代化工生产中的具体应用、理论基础及工程实践方法。 --- 第一部分：CFD理论基石与化工背景 第一章：流体力学复习与化工过程的特殊性 本章将快速回顾牛顿流体、粘性、边界层、湍流的经典概念，并着重阐述化工系统（如反应器、换热器、分离塔、管道网络）中流体行为的复杂性。重点讨论非等温流动、多相流（气-液、气-固、液-固）在化工过程中的普遍性和其对传统解析解方法的挑战。引入化工工程师必须理解的流体力学量纲分析和相似性原理。 第二章：控制方程的推导与离散化基础 详细阐述了质量守恒（连续性方程）、动量守恒（Navier-Stokes方程）和能量守恒（输运方程）在化工流场中的具体表达形式。重点讨论如何处理反应速率项、相间作用力项以及热源项。随后，引入有限体积法（FVM）作为CFD求解的核心离散技术，阐述如何将偏微分方程转化为代数方程组。 第三章：湍流模型在化工中的选择与校准 湍流是化工过程设计中能量消耗和混合效率的关键因素。本章系统介绍适用于化工环境的湍流模型：RANS模型（如$k-epsilon$标准模型、$k-omega$ SST模型），并深入探讨其在搅拌釜、剪切混合器中的适用性边界。讨论雷诺数对模型选择的影响，并提供实际案例中模型参数（如壁面函数）的敏感性分析和工程校准流程。 第四章：网格生成：从几何建模到离散精度 精确的数值解依赖于高质量的计算网格。本章涵盖从CAD模型导入到网格划分的完整流程，侧重于化工设备（如弯管、阀门、填料塔内部结构）的几何特征捕捉。详细讲解结构化网格、非结构化网格和混合网格的优缺点。核心内容包括网格无关性研究的实施步骤，以及如何处理复杂边界层区域（如近壁面网格的$y^+$值的控制）。 --- 第二部分：化工核心过程的CFD建模 第五章：稳态与瞬态传热传质的数值模拟 本章将CFD与传热传质耦合。讨论傅里叶定律、牛顿冷却定律在CFD求解器中的体现。重点案例包括：管式换热器内壁面温度分布的精确模拟、复杂几何体（如板式换热器）的流道优化，以及反应器中热点（Hot Spot）的识别与预防。传质方面，探讨浓差驱动的扩散与对流过程，应用于萃取塔的停留时间分布分析。 第六章：化学反应工程中的CFD：反应器模拟 CFD在反应器设计中的应用是化工模拟的核心。本章集中讨论如何将化学动力学模型嵌入到流体动力学求解器中。内容包括： 1. 简单均相反应器模拟： 混合效率与反应速率的耦合分析。 2. 多相反应器： 气-液反应器中的气泡动力学（Bubble Dynamics）和气液间传质限制。 3. 多孔介质反应器（固定床）： 宏观模型（如均相模型）与微观模型（如孔隙尺度模型）的对比，以及催化剂颗粒表面的浓度梯度影响。 第七章：多相流体模拟：气泡、液滴与颗粒的输运 化工生产中不可避免地涉及多相流。本章深入讲解主流的多相流模型： 1. 欧拉-欧拉（Euler-Euler）模型： 用于气-液或气-固的混合流体描述，重点关注相间动量交换（拖曳力）。 2. 欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型： 用于追踪离散相（如液滴、固体颗粒），重点应用于雾化过程和旋风分离器。 3. 相场法（Phase Field Method）： 在高精度模拟液-液界面演化（如乳化、破碎）中的应用。 第八章：搅拌与混合过程的CFD优化 搅拌釜是基础化工单元操作。本章详细介绍如何准确模拟搅拌桨叶片周围的复杂流动结构。内容包括：桨叶几何（如Rushton涡轮、Pitched Blade）对流场的影响、有效混合时间的CFD预测方法，以及如何利用模拟结果指导桨叶数量、转速和挡板（Baffles）的设计，以实现均相混合和高效传热。 --- 第三部分：高级主题与工程实施 第九章：离散相模型与分离过程 本章聚焦于固体颗粒或液滴在流场中的行为及其分离。深入探讨沉降、过滤和旋风分离中的CFD应用。重点分析： 旋风分离器： 气固两相流场的模拟，预测分离效率和返混现象。 流化床反应器： 颗粒的布料行为、返混区识别及床层膨胀率的数值预测。 过滤器： 滤饼层阻力模型的建立与动态模拟。 第十章：求解器设置、收敛性控制与后处理 本章是连接理论与实际工程输出的桥梁。详细讲解压力-速度耦合算法（如SIMPLE, PISO, SIMPLEC）在化工稳态与瞬态问题中的选择。讨论如何识别和解决不稳定的数值收敛问题，例如亚松弛因子的调整、残差收敛标准的确立。后处理部分强调如何从CFD数据中提取有意义的工程参数：壁面剪切力、体积平均温度、相间质量传递系数以及剪切速率分布图。 第十一章：过程优化与CFD的集成 展示如何将CFD模型作为优化算法的性能评估工具。内容包括参数化建模、灵敏度分析，以及如何通过迭代模拟来寻找反应器尺寸、进料位置或操作参数的最佳组合。讨论CFD结果在放大（Scale-up）过程中的应用与局限性，特别是如何利用模拟结果验证小试和中试数据，指导工业化设计。 第十二章：CFD在化工故障诊断中的应用案例 通过真实工业案例，展示CFD在解决现有生产问题中的强大能力：如换热器管程结垢导致的局部过热、管道中沉积物形成的机理分析、反应器内物料分布不均导致的副反应增多等。强调CFD如何提供传统仪表数据无法获得的内部流动信息，从而实现精准的故障定位和工程改造方案的验证。 --- 目标读者： 化工工程、化学工程与工艺、过程装备与控制、高分子材料工程等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及在石油化工、精细化工、制药、新能源材料等领域从事工艺设计、操作优化及研发的工程师。 本书特点： 本书不满足于理论公式的堆砌，而是以化工工程师的实际需求为导向，强调如何将复杂的偏微分方程转化为可操作的CFD模型，并提供大量针对化工典型设备的实用案例和参数设置指南。读者在掌握CFD工具的同时，能够深刻理解其结果背后的物理和化学本质。

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我一直认为，一本好的教材应该能够激发读者的学习兴趣，并且让他们看到学科的价值。《Introduction to Chemical Processes》在这方面做得非常成功。我拿到这本书的时候，正好在思考关于能源效率和环境保护的问题，而这本书恰好在很多章节都贯穿了这些主题。比如，在讲解传热单元操作时，它详细讨论了如何通过优化换热器设计和操作来提高能源回收率，减少能源消耗，并且还提到了热泵等节能技术。这让我看到了化学工程在可持续发展中的重要作用。另外，书中对于一些污染控制技术，如吸收、吸附和催化转化等，也有详细的介绍，并且还结合了实际的工业废气处理和废水处理案例。这让我意识到，作为未来的化学工程师，我们不仅仅要关注生产过程的高效和经济性，更要肩负起环境保护的责任。书中还引入了一些关于过程安全和风险评估的概念，这让我明白了在化工生产中，安全永远是第一位的。它介绍了一些常见的事故类型，以及如何通过设备设计、操作规程和应急预案来降低风险。这本书让我对化学工程的认识从单一的“生产化学品”扩展到了更广阔的“解决社会问题”的范畴。它让我看到了化学工程的潜力，以及我们在未来社会发展中可以扮演的重要角色。

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一直以来，我对那些将复杂概念“拍扁”到只有几个关键词的书籍都持保留态度，总觉得这样的书缺乏深度和实操性。当我翻开《Introduction to Chemical Processes》时，我惊喜地发现它恰恰相反，它是一个深入挖掘和细致讲解的典范。书中关于单元操作的介绍，比如过滤、离心分离、结晶等，都进行了非常详细的理论阐述和实际应用分析。例如，在讲解过滤时，它不仅介绍了不同类型的过滤器（如板框压滤机、烛式过滤器），还分析了影响过滤效率的各种因素，如滤布的孔径、过滤介质的压差以及固体的粒度分布，并且还提供了如何根据这些因素来选择合适的过滤设备和操作条件的指导。这一点让我对单元操作有了更深层次的理解，不再是简单的“分离”概念。更让我印象深刻的是，在关于热力学部分的阐述，它不仅仅停留在了理想气体的范畴，而是深入探讨了实际气体的行为，以及如何运用吉布斯自由能、焓和熵等概念来分析化学反应的可行性和方向。书中还详细讲解了相平衡的原理，并结合了汽液平衡、液液平衡等在实际化工过程中的应用，比如在精馏和萃取操作的设计中。作者并没有回避复杂的公式和理论，但每一次出现，都会配以清晰的解释和易于理解的图示，让我能够逐步建立起对这些复杂知识的掌握。这本书给我最大的感受是，它鼓励我去思考“为什么”，而不是仅仅记住“是什么”。

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说实话，在选择这本《Introduction to Chemical Processes》之前，我纠结了很久，因为市面上的同类书籍实在太多了，而且很多都号称是“入门”，但实际读起来却让人云里雾里。我特别看重书籍的逻辑性和条理性，我需要一个清晰的框架来构建我对化学工程的认知。这本书在这方面做得非常出色。它从最基础的单元操作开始，逐步深入到更加复杂的系统层面。我记得在讲到流体输送时，它详细介绍了泵、风机等设备的类型、工作原理以及选型原则，并且还结合了实际案例，比如如何根据流体的性质、管道的长度和高度来计算所需的压头损失，以及如何选择合适的泵来满足生产需求。这一点对我来说非常有价值，因为我之前总觉得这些设备只是“摆设”，不知道它们背后蕴含的工程计算。而且，这本书对于化学反应工程的讲解也让我耳目一新。它不仅介绍了不同类型的反应器，如釜式反应器、管式反应器，还深入讨论了影响反应速率的因素，如温度、压力、催化剂以及反应物浓度，并且还引入了反应器设计中的一些基本概念，如停留时间分布、转化率和选择性。这些内容虽然有一定深度，但作者的讲解方式非常循序渐进，使得我这个初学者也能逐渐理解。书中还穿插了一些关于过程控制和安全生产的介绍，这让我意识到化学工程不仅仅是关于效率和产量的提升，更关乎整个生产过程的稳定性和安全性。这本书就像一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我进入化学工程的奇妙世界。

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我一直坚信，学习一门新的学科，最重要的是找到一个能够让你产生共鸣的切入点，并且能够体会到它的魅力。《Introduction to Chemical Processes》恰恰做到了这一点。我记得在阅读关于化学反应动力学的部分时，作者用了非常生动形象的比喻来解释反应速率常数、活化能等概念。比如，将反应比作一场比赛，反应物是参赛选手，产物是胜利者，而反应速率常数则决定了比赛的速度，活化能则是一个“门槛”，只有越过这个门槛，比赛才能真正开始。这种通俗易懂的解释方式，让我这个对动力学理论有些畏惧的初学者，也能迅速抓住核心。而且，书中对于反应器设计的讲解，也让我看到了理论知识如何转化为实际的生产能力。它详细介绍了不同类型反应器的优缺点，以及如何根据反应的特点来选择最合适的反应器类型，并进行相应的尺寸设计。这让我明白，化学工程师的工作不仅仅是进行理论计算，更重要的是要将这些计算转化为能够实际运行的设备。书中还穿插了一些关于过程模拟和优化技术的介绍，这让我看到了现代化学工程在利用计算机技术来提高效率和降低成本方面的潜力。这本书给我最大的启发是，化学工程是一门充满创造性和解决问题导向的学科，它需要我们用科学的思维去分析问题，用工程的手段去解决问题，并且用创新的精神去不断进步。

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阅读《Introduction to Chemical Processes》的过程，对我来说更像是一场思维的拓展。这本书的结构非常清晰，从最基本的物质和能量衡算开始，一步步引导读者进入到更复杂的化学工程领域。我尤其喜欢它在讲解质量和能量衡算时，所采用的“系统边界”的概念。通过清晰地定义研究对象及其边界，然后应用守恒定律，可以非常有效地分析复杂的工业过程。书中提供了大量的练习题，这些题目不仅涵盖了理论知识的巩固，更重要的是，它们鼓励你去独立思考和分析问题。我花了不少时间在解答这些题目上，每一次解决一个问题，都让我对相关概念有了更深刻的理解。例如，在讲解流体流动时，它不仅介绍了伯努利方程，还详细讲解了能量损失的来源，如摩擦阻力和局部阻力，并提供了计算方法。这让我明白，实际的流体输送过程比理想模型要复杂得多，但通过工程方法，这些复杂性是可以被量化的和控制的。书中还对于一些关键的单元操作，比如蒸馏和吸收，进行了非常深入的讲解，包括其原理、设备类型、操作参数的选择以及效率的评估。这些内容让我对如何在实际生产中分离和提纯化学品有了更具体的认识。这本书让我明白，化学工程不是一门孤立的学科，而是需要将物理、化学、数学以及计算机科学等多种知识融会贯通的应用型学科。

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当我第一次拿到《Introduction to Chemical Processes》这本书时，我被它厚实的体量和严谨的排版所吸引。我一直认为，一本好的教材，不仅仅要传授知识，更要培养读者的学习兴趣和解决问题的能力。这本书在这方面做得非常出色。它从最基础的物料衡算和能量衡算入手，一步步引导读者进入到更复杂的化学工程领域。我特别喜欢它在讲解质量和能量衡算时，所采用的“系统边界”的概念。通过清晰地定义研究对象及其边界，然后应用守恒定律，可以非常有效地分析复杂的工业过程。书中提供了大量的练习题，这些题目不仅涵盖了理论知识的巩固，更重要的是，它们鼓励你去独立思考和分析问题。我花了不少时间在解答这些题目上，每一次解决一个问题，都让我对相关概念有了更深刻的理解。例如，在讲解流体流动时，它不仅介绍了伯努利方程，还详细讲解了能量损失的来源，如摩擦阻力和局部阻力，并提供了计算方法。这让我明白，实际的流体输送过程比理想模型要复杂得多，但通过工程方法，这些复杂性是可以被量化的和控制的。书中还对于一些关键的单元操作，比如蒸馏和吸收，进行了非常深入的讲解，包括其原理、设备类型、操作参数的选择以及效率的评估。这些内容让我对如何在实际生产中分离和提纯化学品有了更具体的认识。这本书让我明白，化学工程不是一门孤立的学科，而是需要将物理、化学、数学以及计算机科学等多种知识融会贯通的应用型学科。

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我一直认为，一本好的教材，应该能够帮助读者建立起系统性的知识体系，并且能够培养读者的独立思考能力。《Introduction to Chemical Processes》在这方面做得非常出色。它从最基础的物料衡算和能量衡算出发，逐步深入到更加复杂的单元操作和过程设计。我特别喜欢它在讲解质量和能量衡算时，所采用的“封闭系统”和“开放系统”的概念。通过清晰地界定系统的范围，并运用守恒定律，可以有效地分析各种复杂的工业过程。书中提供了大量的例题，这些例题不仅有助于巩固所学的知识，更重要的是，它们鼓励我去独立思考和分析问题。我花了不少时间在解答这些题目上，每一次解决一个问题，都让我对相关概念有了更深刻的理解。例如，在讲解流体流动时，它不仅介绍了伯努利方程，还详细讲解了能量损失的来源，如摩擦阻力和局部阻力，并提供了计算方法。这让我明白，实际的流体输送过程比理想模型要复杂得多，但通过工程方法，这些复杂性是可以被量化的和控制的。书中还对于一些关键的单元操作，比如蒸馏和吸收，进行了非常深入的讲解，包括其原理、设备类型、操作参数的选择以及效率的评估。这些内容让我对如何在实际生产中分离和提纯化学品有了更具体的认识。这本书让我明白，化学工程不是一门孤立的学科，而是需要将物理、化学、数学以及计算机科学等多种知识融会贯通的应用型学科。

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从我个人的学习经历来看，《Introduction to Chemical Processes》是一本非常值得推荐的入门书籍。它不像其他一些教材那样，仅仅罗列概念和公式，而是深入地剖析每一个概念的形成过程以及在实际中的应用。例如，在讲解热力学第一定律（能量守恒）时，它不仅仅给出了数学公式，还详细解释了各种能量形式（如内能、焓、功、热）在不同过程中的变化，并结合了实际的传热和功的传递过程。这让我明白了能量守恒定律的普适性和重要性。此外，在讲解化学反应工程时，它不仅介绍了各种反应器的类型（如釜式反应器、管式反应器、流化床反应器），还深入探讨了影响反应速率的因素（如温度、压力、催化剂、反应物浓度）以及如何根据反应的特点来选择和设计合适的反应器。这一点对于理解化工生产的效率和经济性至关重要。书中还引入了一些关于过程控制和安全生产的介绍，这让我意识到，作为未来的化学工程师，我们不仅仅要关注生产过程的效率和经济性，更要肩负起保障生产安全和环境保护的责任。这本书让我对化学工程的认识从单一的“生产化学品”扩展到了更广阔的“解决社会问题”的范畴。它让我看到了化学工程的潜力，以及我们在未来社会发展中可以扮演的重要角色。

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这本书我早就听说过了，一直想找一本能系统性梳理化学工程核心概念的入门读物，尤其是在经过了一些基础化学课程之后，感觉很多知识点之间缺乏联系，就像是零散的珠子。所以当我拿到《Introduction to Chemical Processes》的时候，内心是充满了期待的。我花了一周的时间，每天晚上抽出两小时来研读，这本书给我的第一印象是它非常扎实，内容不是那种泛泛而谈的概览，而是深入到每一个核心概念的细节。例如，在讲到质量守恒和能量守恒定律时，它不仅仅是陈述公式，而是通过大量的实际工业过程例子来解释这些定律如何在实际生产中得到应用，比如在蒸馏塔、反应器以及热交换器的设计中，如何利用这些基本原理来优化设备效率和降低能耗。作者的阐述方式非常清晰，每一步推导都有详细的解释，即使对于一些相对复杂的数学模型，我也能理解其背后的物理意义。书中的图表也恰到好处，那些流程图和截面图将抽象的化学过程具象化，让我能够更容易地想象出设备内部的运作机制。我特别喜欢它在讲解动量传递、热量传递和质量传递这三大传递现象时，所采用的类比方法，比如用流体在管道中的流动来类比动量传递，用一杯热咖啡冷却来类比热量传递，这些生动形象的例子极大地降低了理解的门槛，让我这种初学者也能迅速抓住核心要义。这本书让我明白，化学工程并非仅仅是化学反应的放大，而是一门融合了物理学、数学以及工程实践的综合性学科。它提供的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思维方式。

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这本《Introduction to Chemical Processes》在内容编排上，我觉得非常巧妙。它从最基础的化学工程原理开始，然后逐步深入到具体的过程设计和优化。我特别欣赏它在讲解质量和能量守恒定律时，所采用的“从具体到抽象”的逻辑。它先通过大量的实际工业过程例子，比如化工生产中的反应器、蒸馏塔、热交换器等，来展示这些基本定律是如何应用的，然后再提炼出通用的数学模型和公式。这种方式大大降低了初学者的理解难度，让我能够直观地感受到这些基本原理的强大力量。书中还详细介绍了各种单元操作，如过滤、结晶、干燥等，并且对每一种操作都进行了深入的原理分析和实际应用介绍。例如，在讲解过滤时，它不仅介绍了不同类型的过滤器，还分析了影响过滤效率的各种因素，如滤布的孔径、过滤介质的压差以及固体的粒度分布，并且还提供了如何根据这些因素来选择合适的过滤设备和操作条件的指导。这一点让我对单元操作有了更深层次的理解，不再是简单的“分离”概念。更让我印象深刻的是，在关于热力学部分的阐述，它不仅仅停留在了理想气体的范畴，而是深入探讨了实际气体的行为，以及如何运用吉布斯自由能、焓和熵等概念来分析化学反应的可行性和方向。书中还详细讲解了相平衡的原理，并结合了汽液平衡、液液平衡等在实际化工过程中的应用，比如在精馏和萃取操作的设计中。作者并没有回避复杂的公式和理论，但每一次出现，都会配以清晰的解释和易于理解的图示，让我能够逐步建立起对这些复杂知识的掌握。这本书给我最大的感受是，它鼓励我去思考“为什么”，而不是仅仅记住“是什么”。

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绝对的好书，是给那些在接触物化前，想先学习有关化工过程，尤其是物料平衡等知识的同学的非常好的教科书。

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绝对的好书，是给那些在接触物化前，想先学习有关化工过程，尤其是物料平衡等知识的同学的非常好的教科书。

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绝对的好书，是给那些在接触物化前，想先学习有关化工过程，尤其是物料平衡等知识的同学的非常好的教科书。

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