20多年前, 原中南工业大学出版社(现中南大学出版社)出版了由梅炽编著的《冶金传递过程原理》, 它对学科的发展起到了一些积极的促进作用。近年来科技发展很快, 特别是对湍流的应用研究更加深入, 数值方法的应用更加广泛。另外, 该书的读者范围也在迅速扩大, 远超出了单一的专业范围。为了适应这些变化, 我们编写了这本《传递过程原理》。总的想法仍是坚持编写思路的科学性与严谨性, 以及取材内容的工程实用性。
几乎所有工程技术领域, 包括过程工程、 制造工程、 能源与动力工程、 材料工程、 建筑与环境工程等领域都离不开物质流和能量流, 且同时伴生各种信息流。深入研究物质与能量的传递规律与强化措施, 挖掘更多的信息流, 则是不断提高过程效率及其整体操控水平的科技基础。
生产实践与科学实验表明, 从基本原理上看, 所有物质流、 能量流都是由动量传递、 热量传递与质量传递三种传递过程(简称“三传”)组成, 而这三种传递过程的微观动力机制是相通和统一的, 其传递规律的数学表达形式也是相同的。所以从“三传”类似的角度来理解和研究传递过程, 就构成了本书在知识结构上的大框架。
动量传递原理部分是按紧密结合工程中常见的典型流动现象与流动体系进行的。除了流体与流动的物理基础和力学基础(第1、 2章)外, 本书着重介绍了恒密度、 匀相流体的一维流(或管流, 见第3章)与多维流(空间喷射流, 第5章); 为了便于和前面的恒密度、 不可压缩型流动对比, 第4章介绍了密度与内能随流动变化的压缩性气体流动; 对应于前面介绍的匀相单流体流动, 第6章介绍了非匀相的流固两相流, 其中有通过散料层(固定床)的渗滤流(6.3节)、 散料层被流体搅混翻腾的流化床内流(流态化床, 6.4节)以及流体和颗粒相混合的悬浮流(6.5节)。这部分介绍的重点在阐明流体内的黏性应力、 界面作用力、 流动体系内的流速分布、 压力变化以及能量耗损等。
热量与质量传递原理部分按传统传热传质学的习惯以及传递机理分类的方式, 分别介绍以固体(或层流)内分子(质点)振动与扩散方式进行传递的传导传热(第9章)与传导传质(第14章); 以分子微团位移、 搅混方式进行传递的对流传热(第10章)与对流传质(第15章); 以电磁波或量子辐射方式进行跃迁式传递的辐射传热(第11章)。顺便说明一下, 与辐射传热类似, 某些特殊物质以原子核内微粒子嬗变的方式也可以进行跃迁式传质(放射性传质), 对此有专门的研究学科, 不在本书讨论范围之内。
前面各章讨论的是单一方式传递过程, 第12章与第16章则介绍稳态综合传热与传质过程的分析与计算; 对应于稳定态(温度、 浓度场不随时间而变)传热传质, 作为对比, 第13章则介绍了几种较规整几何条件下的非稳态传递过程的解析思路与计算方法。
在传递过程研究的定量化与精确化方面, 本书遵循先定性, 即首先深入了解各种传递现象与过程的物理本质和微观机理, 然后定量; 定性与定量或半定量相结合, 实验公式近似定量与半理论半实验公式定量相结合。为了更精确, 特别是对于复杂几何形状与复杂边界条件的研究对象可尽量采用数值计算方法, 以求获得关于速度场(动量传递信息)、 温度场(热量传递信息)与浓度场(质量传递信息)的大量数值信息, 最终实现描述全过程的信息化结果(又称“数值仿真”)。关于数值计算, 本书只提供了基础理论准备和方法上的粗线条介绍(第17章), 有兴趣的读者还可参阅本书的姊妹篇《传递过程原理及其数值仿真》(周萍等编著, 中南大学出版社, 2006)。
本书是经编者集体讨论后分头编写的。陈卓编写绪论, 第1~7章, 第14~16章以及附录; 周萍编写第8~13章及第17章; 梅炽对全书进行了校阅和修改; 全书由陈卓负责定稿。
本书可作为热能、 动力、 冶金、 材料、 建筑、 环境、 机械、 化工等专业本科生和研究生的教材, 也可供其他相关领域工程技术人员研究参考。
由于作者学识水平的限制, 书中定会有不少错漏之处, 敬希读者多加批评指正, 不胜感激之至。
编著者
2011年5月
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