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出版者:Wiley

作者:R. Byron Bird

出品人:

页数:912

译者:

出版时间:2001

价格:0

装帧:Mass Market Paperback

isbn号码:9788126508082

丛书系列:

图书标签:

• 传热学
• 传质学
• 流体力学
• 输运现象
• 化工工程
• 物理化学
• 流体流动
• 热量传递
• 质量传递
• 扩散现象

《化学工程原理：流体、热量与质量传递》 内容概要： 本书深入探讨了化学工程领域的核心基础——动量传递（流体力学）、热量传递和质量传递。它旨在为读者提供一个全面、严谨且注重实际应用的知识框架，帮助理解和解决化工生产过程中涉及的复杂传递现象。全书结构清晰，从基础的守恒定律出发，逐步深入到复杂的、非理想情况下的传递过程分析与工程应用。 第一部分：流体输运现象与动量传递 本部分聚焦于流体在管道、设备和反应器中的流动行为。 第1章：流体的基本性质与流场描述 介绍流体的宏观性质（密度、粘度、表面张力）和微观结构。详细阐述了流场的描述工具，包括流线、迹线和物线。引入了牛顿内摩擦定律，并区分了牛顿流体与非牛顿流体的特性。讨论了流体的能量表示，如压力与静水压力。 第2章：流体运动的守恒方程 基于质量守恒（连续性方程）和动量守恒（纳维-斯托克斯方程，Navier-Stokes Equations），推导出在不同参考系下的微分形式方程。对这些方程进行物理解读，强调了惯性力、粘性力和压力梯度力之间的平衡。在笛卡尔、柱坐标和球坐标系下展示了方程的应用形式。 第3章：粘性流体在简单几何形状中的流动 着重分析了层流（Laminar Flow）下的精确解。详细推导了泊肃叶流动（Poiseuille Flow）在圆管和平面间隙中的速度分布、流量计算和压降。讨论了边界层理论的基础，并引入了湍流的概念，分析了湍流的统计特性和雷诺应力。 第4章：管路、管件与流体设备的工程计算 将理论应用于实际的管道系统。引入了摩擦因数（Fanning和Darcy-Weisbach），讨论了沿程和局部阻力的计算。详细分析了管件（阀门、弯头、扩大收缩口）的等效长度法和阻力系数法。最后，探讨了泵和压缩机在系统增压中的作用，包括扬程与功率的计算，以及系统曲线的绘制。 第5章：流体流动的边界层与阻力 深入探讨了边界层理论在计算物体表面阻力（摩擦阻力）中的应用。分析了平板上的速度边界层发展，引入了动量积分法进行近似求解。讨论了压差阻力（形状阻力）的来源，并结合流线分离现象，解释了绕流物体（如球体、圆柱）的阻力系数与雷诺数的关系。 第二部分：热量传递 本部分系统阐述了热量传递的三种基本机制及其在工程实践中的耦合应用。 第6章：热力学基础与热量传递的微分形式 回顾了热力学第一定律在传递过程中的应用。重点推导了傅里叶定律（Fourer’s Law）及其在三维笛卡尔坐标系下的形式，引入了热导率的概念。讨论了热量在温度梯度驱动下的传递机理。 第7章：稳态热传导 详细分析了稳态一维、二维热传导问题。推导了通过平面壁、圆柱壁和球壁的热阻和热流量公式。着重分析了复合壁结构和热桥效应。引入了利用电类比法求解复杂结构的策略。 第8章：对流换热 这是热量传递的核心。首先区分了自然对流（浮力驱动）和强制对流（外部流与内部流）。利用无量纲数（雷诺数、普朗特数、努塞尔数）来表征换热过程。通过量纲分析法（Buckingham $pi$ 定理）推导出经验关联式，如用于平板和管内流动的努塞尔数关联式。深入讨论了流体动力学边界层与热边界层之间的耦合关系。 第9章：换热设备与热交换器 将对流换热知识应用于实际工程设备。详细分析了并流、逆流和交叉流换热器的设计。推导了平均温差（LMTD）的计算方法，并引入了有效-数效率法（Effectiveness-NTU Method）进行更灵活的设计与优化。讨论了换热器的污垢因数和材料选择。 第10章：辐射换热 探讨了不依赖于介质的能量传递方式。介绍黑体辐射的定律（Stefan-Boltzmann定律、普朗特定律）。分析了灰体、漫反射体和选择性表面的辐射特性。重点推导出表面间的辐射换热计算方法，特别是形状因子（View Factor）的几何确定与应用。 第三部分：质量传递 本部分侧重于物质在浓度梯度驱动下的迁移，这是分离工程和反应动力学的基石。 第11章：物质输运的基础与扩散 阐述了扩散的微观机理，区分了静止体系中的Fick第一定律和组分运动体系中的Fick第二定律。详细分析了恒定和非恒定状态下的浓度梯度、摩尔通量和质量通量。引入了不同体系（无限大介质、多孔介质）中的扩散系数。 第12章：对流质量传递 类比热量传递，探讨了强制对流和自然对流条件下的质量传递。引入了类似努塞尔数的谢尔伍德数（Sherwood Number）和类似普朗特数的李维斯数（Schmidt Number）。讨论了“薄膜理论”在平板和管内流动中预测对流传质系数的基础方法。 第13章：相际间物质传递 这是化工单元操作的关键。详细分析了气体与液体、液体与液体、液体与固体界面间的传质过程。建立了总传质系数、分级传质系数之间的关系，并引入了双膜理论（Two-Film Theory）来解释气液相间传质的控制步骤和系数的叠加。讨论了亨利定律在气液平衡中的应用。 第14章：工程应用与集成 本章将动量、热量和质量传递的原理进行综合应用。讨论了化工设备中多重传递现象的耦合，例如在吸收塔、蒸馏塔或化学反应器中，传热与传质的相互影响。分析了在非等温、非恒定速率条件下的复杂传递问题的求解策略，为后续的单元操作学习奠定坚实的理论基础。 目标读者： 本书适用于化学工程、过程控制、材料科学、生物工程以及相关领域的本科高年级学生和研究生。同时，对于希望系统回顾和深化传递现象知识的工程技术人员，本书也是一本极具价值的参考手册。本书强调从基本原理出发，通过严谨的数学推导，最终回归到工程实践中的问题解决，培养读者科学的分析思维。

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这本书在**广义相对论**的介绍上，采取了一种非常几何化的切入点，这对于习惯了欧氏空间直觉的读者来说，无疑是一次思维上的大挑战，但收获也是巨大的。作者极其巧妙地利用**黎曼几何**的初步概念，将时空的弯曲性直接与物质的分布联系起来，使得爱因斯坦场方程的推导过程显得水到渠成，而不是突兀的假设。书中对**测地线方程**的几何意义解释得非常透彻，让我明白了物体在引力场中运动的本质其实是沿着弯曲时空中的“直线”前进。我尤其欣赏它对**黑洞物理**的早期探讨，尽管它并未深入到最新的弦论或量子引力领域，但对史瓦西解的性质、事件视界的定义以及奇点的初步理解，奠定了坚实的理论基础。阅读体验是颇为艰深的，许多张量的运算需要反复推敲，但一旦掌握了这种用几何语言描述物理的范式，看待宇宙的方式都会发生根本性的改变。这是一部将纯粹数学美感与宇宙学宏大叙事完美结合的典范之作。

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对于**电磁学**这门经典学科，我通常期望看到的是清晰的矢量分析和完备的麦克斯韦方程组的应用。而这本教材给我的惊喜在于它对**边界值问题**和**求解技巧**的详尽展示。它不仅仅停留在展示法拉第定律和安培定律的优美形式，而是花了大量篇幅去处理那些在工程和实验中至关重要的实际案例。比如，在静电学部分，对**有像定理**和**格林函数法**的论述极其到位，不仅给出了数学推导，还配以大量的物理图像辅助理解，比如如何用镜像电荷法来处理导体边界条件。在处理动态场时，书中对**波导理论**的引入也非常及时和必要，清晰地阐述了模式的激发和传播限制，这对于射频和微波工程背景的读者极其友好。这本书的风格偏向于“实战派”，每一章末尾的习题设计都具有很强的启发性，迫使读者不仅仅是套用公式，而是要真正地去“构造”一个解决方案。总而言之，它是一本能把电磁理论的抽象性转化为具体解决问题能力的优秀教程。

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我一直认为，优秀的物理学教材应该像一位技艺高超的工匠，不仅要展示最终的成品，更要细致地揭示每一块材料的来源和打磨过程。这本书在**量子力学基础**方面的处理，完美诠释了这一点。它没有急于展示薛定谔方程的威力，而是花了大量篇幅来铺垫**算符代数**和**线性空间理论**，确保读者对波函数的物理意义有准确的把握。特别值得称赞的是它对**微扰理论**的系统性讲解，从时间无关的简并情况到更复杂的含时演化，每一步推导都清晰可见，没有丝毫跳跃，这对于我这种初次系统学习量子场论的人来说，简直是福音。书中还穿插了许多历史背景和思想演变的小插曲，比如对海森堡矩阵力学和薛定谔波动力学如何统一的描述，使得冰冷的数学符号背后有了鲜活的物理思想。读完后，我感觉自己不再是简单地会“解题”，而是真正理解了量子世界的不确定性和叠加态的本质。对于那些想在更深层次上把握现代物理核心概念的理工科学生，这本书是不可多得的良师益友。

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这部关于**热力学与统计力学**的著作，着实让我领略了微观世界与宏观现象之间的精妙联系。作者的叙述逻辑极其严谨，从最基本的分子运动论出发，逐步构建起宏观热力学定律的微观基础。尤其是他对**熵增原理**的阐释，不同于许多教材的机械灌输，而是深入挖掘了其统计学起源，让我深刻理解了为什么自然界的一切过程都朝着最可能的状态演化。书中对**相变动力学**的讨论尤为精彩，它没有停留在简单的相图分析上，而是引入了诸如格林-库柏（Green-Kubo）关系等前沿工具，去探究物质在临界点附近行为的复杂性。阅读过程中，我多次被作者对理论模型的精妙构建所折服，比如如何用**玻尔兹曼方程**来描述稀薄气体在非平衡态下的输运行为，并辅以恰当的近似方法来求解实际问题。对于那些渴望真正掌握物理学核心思想，而非仅仅停留在公式推导上的读者来说，这本书无疑提供了一条通往深刻理解的坚实路径。它的深度要求读者投入大量精力，但所获得的回报是无可估量的——一种对物质世界基本规律的全新视角。

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这本书在探讨**固体物理学**时，展现了一种别具一格的、从**晶体结构**出发的叙事路径，这与很多直接从能带理论开始讲解的书籍大相径庭。作者首先细致地讲解了**点群与空间群**的数学工具，使得布里渊区和倒易空间的概念不再是空洞的数学名词，而是晶体周期性在动量空间中的直接反映。随后，他对**晶格振动**（声子）的讨论深入浅出，特别是对**德拜模型**和**爱因斯坦模型**的比较分析，清晰地揭示了不同近似对描述比热容的局限性。更具独创性的是，书中对**电子在周期势场中运动**的阐述，它没有直接跳到布洛赫定理，而是先通过简单的模型（如近自由电子模型）来“启发”能带的形成机制，这种循序渐进的方式极大地降低了理解的难度。读完对能带结构的清晰认知后，再去看半导体、导体和绝缘体的区分，便能洞悉其背后的物理根源。这本书的优点在于其高度的系统性和对物理图像的坚持，它教会我们如何用晶体的对称性去预测物质的宏观性质。

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