本书第一篇为动量的传输，为了适当初学者的需要，首先介绍了流体的物性，流体静力学和流场的描术方法等内容，然后才介绍动量传输的基本内容。它采用对微元体的分析和控制体的分析二种方法来说明动量平衡时各参数的变化规律，并对动量传输方程的微分形式和积分形式应用于解决若干具体问题作了阐述。为了利用相似原理来处理试验数据和进行模型试验，对相似原理作了简明的介绍。最后对发展中的气固二相流和热气体的流动作了简要的介绍，以便今后对这类问题有一个初步概念。第二篇为热量的传输，除了作一些基本概念的介绍外，对热量传输方程作了较详细的推导，其目的在于阐明热量传输的机理。对传导传热问题中的稳态和不稳态作了较多的介绍，这是因为它对冶金工业来说应用较广。同时采用离散技术中的差分方法应用计算机来求解热量传输问题，而这个方法目前已为工程技术人员广泛采用。对于对流传热，尤其是辐射传热，对冶金工作者来说，需要有比较深入的了解，所以作了详细介绍。至于凝固传热，不言而喻，对冶金工作者来说也是重要的，也作了必要的叙述。第三篇为质量的传输，它对冶金过程有更直接的影响，无论对分子扩散传质还是对流流动传质都需要有一定深度的了解。特别对相际传质，更应深入理解，因此应用具体例子对该内容进行了阐述。另外还对动量、热量和质量传输三者的类似关系作了简要介绍，作为传输原理的概括和综合。

目录

第一篇 动量的传输

第一章 动量传输的基本概念

1.1流体及连续介质

1.2流体的密度和重度

1.3流体的压缩性

1.4流体的粘性

1.5粘性动量通量

1.6作用在流体上的力

1.7体系及控制容积

1.8单位与量纲

第二章 积分质量、动量和能量平衡

2.1积分质量平衡方程

2.2积分动量平衡方程

2.3积分能量平衡方程

第三章 动量传输的微分方程

3.1描述流体运动的两种方法

3.2迹线和流线、流束和流管

3.3流体微团运动分析

3.4平面有势流动与旋转流动

3.5连续性方程

3.6理想流体运动方程——欧拉方程

3.7实际流体运动方程——纳维一斯托克斯方程

3.8涡量输运形式的纳维一斯托克斯方程

第四章 管道中的流动

4.1流体运动的两种状态

4.2圆管中的层流流动

4.3圆管中的湍流流动

4.4圆管中摩擦压力损失的计算

4.5局部压力损失

4.6管路计算

第五章 边界层流动

5.1边界层概念

5.2边界层微分方程式

5.3边界层积分关系式

5.4边界层脱离现象

第六章 射流

6.1自由射流

6.2半限制空间射流

6.3旋转射流

第七章 可压缩气体的流动

7.1可压缩气体的一些概念

7.2可压缩气体一元稳定等熵流动的基本方程

7.3一元稳定等熵气流的基本特性

7.4气流参数与流通截面的关系

7.5渐缩喷管与拉瓦尔喷管

7.6激波

第八章 热气体相对于大气的流动

8.1流体静力学的基本方程式

8.2热气体几何压头的分布规律

8.3热气体内表压力沿高度的分布

8.4热气体平衡方程式

8.5热气体管道流动的柏努利方程

8.6炉门孔的逸气与吸气

8.7烟囱

第九章 气固两相流动

9.1单个颗粒在流体中的运动

9.2通过固定床的流动

9.3通过流化床的流动

9.4气力输送系统

第十章 相似原理与模型研究方法

10.1相似的概念

10.2对现象的一般数学描述及单值条件

10.3相似原理— 相似三定理

10.4相似准数

10.5模型研究方法

第二篇 热量的传输

第十一章 热量传输概论

11.1热量传输的基本概念

11.2热量传输的基本方式和基本定律

11.3热阻

第十二章 热量传输微分方程

12.1热量传输微分方程

12.2柱坐标系和球坐标系的热量传输微分方程

12.3初始条件和边界条件

第十三章 导热

13.1通过平壁的一维稳态导热

13.2通过圆筒壁的一维稳态导热

13.3二维稳态导热

13.4不稳态导热的基本概念

13.5薄材的不稳态导热

13.6半无限大物体的一维不稳态导热

13.7有限厚物体的一维不稳态导热

13.8二维、三维不稳态导热

13.9有限差分方法的基本原理

13.10稳态导热的有限差分方法

13.11不稳态导热的有限差分方法

第十四章 对流给热

14.1对流给热的一般分析

14.2平板层流给热的分析解法

14.3层流边界层的近似积分解

14.4动量传输和热量传输的类比方法

14.5相似理论指导下的实验方法

14.6强制对流给热的准数方程

14.7自然对流给热

第十五章 辐射换热

15.1热辐射的基本概念

15.2黑体辐射的基本定律

15.3实际物体的辐射

15.4角系数

15.5两表面间的辐射换热

15.6辐射换热的网络方法

15.7气体辐射

15.8气体与围壁表面间的辐射换热

15.9辐射给热系数

第十六章 相变传热

16.1凝固传热概述

16.2移动界面的边界条件

16.3砂模中的凝固

16.4金属模中的凝固

16.5凝固传热问题的积分解法

16.6连续铸锭中的凝固传热

16.7沸腾给热

第三篇 质量的传输

第十七章 质量传输的基本概念

17.1二种质量传输方式

第十八章 质量传输平衡方程式

第十九章 分子扩散传质

19.1分子扩散传质方程

19.2气体通过间壁的扩散

19.3分子扩散传质系数

19.4静止介质中不稳态扩散传质

第二十章 对流流动传质

20.1对流流动传质模型

20.2层流流动时的质量传输

20.3湍流流动时的质量传输

20.4其他边界条件下的对流流动传质

第二十一章 相际传质

21.1相际平衡与平衡浓度

21.2双膜理论与相际稳态综合传质

21.3具有化学反应的相际稳态综合传质

21.4具有传热过程的相际稳态综合传质

第二十二章 类似原理及类似试验方法

22.1动量传输与热量传输的类似

22.2动量传输与质量传输的类似

22.3动量传输、热量传输和质量传输三者的类似

22.4类似试验方法

附录一 单位换算表

附录二 气体和液体的物性参数

附录三 金属与非金属的物性参数

附录四 常用相似准数表

附录五 通用常数

附录六 高斯误差函数表

附录七 气体动力函数表

附录八 正激波表

第一篇 动量的传输

动量的传输现象与大多数冶金过程有着密切的关系。例如，氧气顶吹转炉炼钢过程就

涉及到：超音速射流的获得，氧气射流与熔池的相互作用，气泡的成核和长大，气泡搅动

下的循环流动等。此外，包括高炉、烧结的气一固两相流动，真空脱气、吹氩搅拌的气一

液两相流动，废钢熔化、脱氧剂和合金熔化的液一固两相流动，渣一钢间传质的液一液两

相流动等等，都可以说明动量的传输现象在冶金工艺过程中所起的作用。研究上述问题可

以分为两大类：

第一类是研究系统内流动参数间的整体关系。例如，管道中流体流量与压差的关系，

钢包钢水流出所需的时间等。我们只要根据质量、能量和动量平衡原理，就能较容易地计

算出结果来。

第二类是研究系统内部的“微细结构”。例如，研究某一流场中速度分布，研究湍流

能量的耗散模型等。显然，这要复杂得多，需要求解非线性偏微分方程的数值解。

本篇首先介绍动量传输的基本概念，在此基础上建立积分质量、动量和能量平衡，建

立动量传输的微分方程。而以后各章，如管道内流体流动、边界层流动、射流、可压缩气

体流动、相对于大气的热气体流动、气固两相流动等都是基本方程在具体条件下的应用。

最后，本篇还要介绍相似原理及模型实验研究方法。上述内容对冶金类专业的学生来说，

是非常必要的专业基础知识，对他们日后的工作实践也有所裨益。

第一章 动量传输的基本概念

流体和固体的物理性质有许多不同之处：流体具有易流动性、可压缩性和粘性。其中

粘性是流体的一个重要的物理性质。流体的上述性质都是它的大量运动着的分子微观特性

的宏观表现。我们是把流体作为连续介质来研究的。本章将主要叙述流体及其物理性质，

在此基础上介绍有关动量传输的一些基本概念。

1.1流体及连续介质

自然界的物质一般以三种形态存在，即气态、液态和固态，通常称为气体、液体和固

体。物质三态中的气体和液体通称流体。随着科学技术的新发展，科学家们又发现物质除

上述三态外，还有等离子态和超固态。

事物总是在不断地运动着、发展着的。物质的三态也不是固定不变的。在一定的条件

下能够互相转化，例如，在标准大气压下的水，常温下是液体，温度低于0℃变成固体

（冰），高于100℃变成气体（水蒸汽）。又如，在标准大气压下，氧气低于－182.8℃变为

液氧，氮气低于－195℃变为液氮。人们认识和掌握不同形态的物体在一定条件下能互相

转化这种特性，就可以利用它为人类服务。在冶金中常将固态的金属加热后，使其熔化成

液态金属而浇铸成型。

流体是易于流动的物体，它是相对于固体而言的。它和固体的主要区别在于其分子间

的内聚力很小，所以在任何微小切应力的作用下，即可发生连续的变形。这就是易流动

性。

液体和气体的区别是液体可以随其容器形状不同而改变其形状，且在相当大的压力下

几乎不改变其原有的体积，故通常称为不可压缩流体。液体与其它流体形成的分界面称为

自由表面。气体则具有很大的压缩性和膨胀性，如果对气体施加压力，则其体积很容易缩

小，反之，如果压力无限减小，则气体可无限地膨胀，充满容纳它的空间，所以它没有自

出表面，故通常称为可压缩流体。但是流体的可压缩性与否不是绝对的，不是所有液体在

任何情况下都作为不可压缩流体来看待，亦不是所有气体都必须按可压缩流体来处理，例

如泵站突然断电时以及水电站中因载荷变化而关小阀门来改变管道的流量时所发生的水击

现象，必须考虑水的压缩性，而气体在低速流动时（一般马赫数M＜0.3时），则可认为它

服从于不可压缩流体的运动规律。

众所周知，一般流体都是由运动着的分子所组成，分子之间是有一定的空隙的 因

此，从微观方面来考虑流体问题、就需要从分子运动学说来研究，但我们所研究的不是个

别分子的微观运动，而是从流体的宏观特性，即大量分子的统计平均特性来考虑，把流体

当作充满其所占有空间，由大量的没有间隙存在的流体质点所组成，也就是说，把流体作

为连续介质来研究的。因此，连续介质的概念只适用于宏观的情况。我们只要在同一流体

中，任取一很微小的体积，其中所包含的分子数，能够足以构成平均统计意义时，连续介

质的概念才能成立。这样，流体的一切属性，如速度、压强、密度、温度、浓度等都可以

看作是坐标和时间的连续函数，从而可以利用连续函数这个有力的数学工具来进行传输理

论的分析研究。需要指出的是对于稀薄气体，由于分子间的距离非常大，此时连续介质的

概念就不适用了。