材料工程基礎

材料工程基礎

本教材以材料製備與加工過程中涉及的工程基礎理論為主線，從工程研究方法、工程基礎理論和工程理論應用等方面介紹材料工程領域相關的基本理論及其應用。主要內容包括量綱分析及相似理論、流體流動基本原理及流體輸送機械、熱量傳遞原理及其應用、質量傳遞原理、物料乾燥原理及技術、燃料及其燃燒過程與技術。

教材注重各部分內容之間的邏輯性和整體性，加強對解決實際工程問題的研究分析方法的介紹。教材可作為高等學校材料類所有專業的本科教學用書，以及相關學科專業的參考書，也可供材料類工業領域中從事科研、生產的工程技術人員參考。

1量綱分析理論與相似原理001

1.1緒論001

1.2量綱分析原理002

1.2.1物理量的單位與量綱002

1.2.2物理量間函數關係的結構和π定理006

1.2.3量綱的和諧性和完整性009

1.2.4量綱分析的指數法011

1.2.5量綱分析的矩陣法013

1.3相似理論基礎016

1.3.1相似的概念017

1.3.2相似理論基本定理022

1.3.3相似準則的導出方法024

1.4模型研究方法030

1.4.1模型實驗的一般原則031

1.4.2數據整理與綜合方法033

1.4.3實體模型研究方法034

思考題035

習題036

2流體力學基礎038

2.1緒論038

2.1.1流體力學及其任務038

2.1.2連續介質模型039

2.1.3流體的主要物理性質040

2.1.4作用在流體上的力044

2.2流體靜力學045

2.2.1流體靜壓強及其特性045

2.2.2流體平衡微分方程047

2.2.3重力場中的流體靜力學基本方程048

2.3流體運動學和動力學基礎053

2.3.1研究流體運動的方法053

2.3.2流體流動的基本概念055

2.3.3連續性方程058

2.3.4流體運動微分方程060

2.3.5能量方程063

2.3.6動量方程071

2.4流動阻力與能量損失073

2.4.1流動阻力與能量損失的分類073

2.4.2流體的流動狀態074

2.4.3圓管中的層流運動076

2.4.4管內的湍流運動078

2.4.5沿程阻力損失081

2.4.6局部阻力損失086

2.4.7減少阻力損失的措施090

2.4.8邊界層090

2.5管路計算092

2.5.1簡單管路092

2.5.2串聯管路和並聯管路093

2.6一元氣體動力學基礎*095

2.6.1基本概念095

2.6.2理想流體一元恆定流動基本方程097

2.6.3噴管中的一元流動098

2.7離心式風機與泵100

2.7.1離心式風機與泵的工作原理100

2.7.2離心式風機與泵性能參數和性能曲線101

2.7.3相似理論在離心式風機與泵中的應用103

2.7.4離心式風機與泵的運行及工況調節106

2.7.5離心式泵的氣蝕與安裝高度108

2.7.6離心式風機與泵的選型110

思考題111

習題111

3傳熱學基礎115

3.1概述115

3.1.1熱量傳遞的基本概念115

3.1.2熱量傳遞的基本方式117

3.1.3傳熱過程與傳熱熱阻118

3.2傳導傳熱119

3.2.1熱導率119

3.2.2導熱微分方程121

3.2.3一維穩態導熱123

3.2.4多維穩定態導熱*131

3.2.5非穩定態導熱*135

3.3對流換熱139

3.3.1對流換熱概述139

3.3.2熱邊界層141

3.3.3對流換熱過程的數學描述141

3.3.4對流換熱的實驗計算式142

3.4輻射換熱152

3.4.1熱輻射的基本概念152

3.4.2熱輻射的基本定律155

3.4.3黑體間的輻射換熱159

3.4.4物體間的輻射換熱161

3.4.5氣體輻射與火焰輻射169

3.5綜合傳熱過程與換熱器173

3.5.1傳熱過程與複合傳熱173

3.5.2換熱器175

思考題179

習題180

4質量傳遞原理184

4.1概述184

4.2質量傳遞的基本概念184

4.2.1混合物組成的表示方法184

4.2.2傳質的速度與通量185

4.3質量傳遞微分方程188

4.3.1傳質微分方程的推導188

4.3.2傳質微分方程的簡化189

4.4分子擴散190

4.4.1費克定律190

4.4.2一維穩態分子擴散192

4.5對流傳質195

4.5.1對流傳質機理分析195

4.5.2濃度邊界層196

4.5.3對流傳質係數196

4.6熱質傳遞過程分析197

4.6.1水在空氣中蒸發時的熱質傳遞197

4.6.2毛細多孔體的熱質傳遞198

4.7動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞的類比199

4.7.1傳遞過程分析199

4.7.2分子傳遞200

4.7.3湍流傳遞201

4.7.4動量、熱量和質量傳遞的類比202

思考題203

習題203

5物料乾燥205

5.1概述205

5.1.1固體物料的去濕方法205

5.1.2物料的乾燥方法205

5.2乾燥靜力學206

5.2.1濕空氣的性質206

5.2.2濕空氣的焓濕圖及應用213

5.2.3濕空氣狀態的變化過程216

5.3乾燥過程分析與計算219

5.3.1水分在氣固兩相間的平衡219

5.3.2乾燥過程的物料衡算和熱量衡算220

5.3.3乾燥速率224

5.4乾燥技術229

5.4.1乾燥設備的分類和基本要求229

5.4.2對流乾燥229

5.4.3傳導乾燥231

5.4.4輻射乾燥232

5.4.5場乾燥技術233

思考題234

習題234

6燃料及其燃燒236

6.1燃料的種類及其組成236

6.1.1固體燃料236

6.1.2液體燃料240

6.1.3氣體燃料241

6.2燃料的性質242

6.2.1燃料的發熱量242

6.2.2煤的特性244

6.2.3燃料油246

6.2.4氣體燃料247

6.3燃燒計算249

6.3.1分析計算249

6.3.2空氣量和煙氣量的近似計算254

6.3.3操作計算255

6.3.4燃燒溫度計算258

6.4燃料的燃燒過程262

6.4.1燃燒過程的基本理論262

6.4.2不同燃料的燃燒過程267

6.5潔凈燃燒技術273

6.5.1燃燒污染與防治273

6.5.2材料生產中的燃燒新技術277

思考題279

習題279

附錄281

附錄1干空氣的物理性質（101.325kPa）281

附錄2飽和水的物性參數282

附錄3飽和水蒸氣表283

附錄4標準大氣壓下煙氣的物性參數285

附錄5氣體的平均比熱容286

附錄6固體材料的物理性質287

附錄7某些材料在法線方向上的輻射率289

附錄8一維非穩態導熱算圖290

附錄9CO2和水蒸氣輻射率計算圖292

附錄10常見的角係數算圖294

附錄11常見物系的擴散係數295

參考文獻297