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商品簡介
目次
商品簡介
在材料科學研究與材料熱加工工程中，許多過程是在高溫下進行的。流體流動、熱量傳遞和物質傳遞是普遍存在的三種最基本的物理現象。《材料科學與工程中的傳輸原理》以微積分為主要的分析工具，系統而全面地剖析了動量、熱量以及質量傳輸現象的物理特徵，闡述了流體流動過程、傳熱過程和傳質過程的基本理論。
《材料科學與工程中的傳輸原理》分3篇共13章闡述了流體力學、傳熱學及傳質學的基本理論，及在工程中的主要應用。每章后均安排有復習思考題及習題。書末附錄給出了必要的數據資料。
《材料科學與工程中的傳輸原理》可作為材料科學與工程、材料成形與控制工程、冶金工程專業的本科生教材，也可供從事此類專業的研究生及其他相關的科技人員參考。
《材料科學與工程中的傳輸原理》分3篇共13章闡述了流體力學、傳熱學及傳質學的基本理論，及在工程中的主要應用。每章后均安排有復習思考題及習題。書末附錄給出了必要的數據資料。
《材料科學與工程中的傳輸原理》可作為材料科學與工程、材料成形與控制工程、冶金工程專業的本科生教材，也可供從事此類專業的研究生及其他相關的科技人員參考。
目次
緒論1
0.1 傳輸現象在材料科學與工程研究中的地位和意義1
0.1.1 對一個鑄件的充型凝固過程的分析1
0.1.2 對微觀組織形成過程的分析3
0.1.3 傳輸現象在材料科學與工程研究中的地位和意義3
0.1.4 “傳輸原理”和“物理化學”是材料科學與工程研究的兩大理論支柱3
0.2 微分方程是進行傳輸現象分析的核心工具3
0.3 本書敘述特點5
復習思考題6
第一篇 動量傳輸7
第1章 理論流體力學的科學布局7
1.1 流體力學的研究目標、研究方法和核心問題7
1.1.1 流體力學的研究目標7
1.1.2 研究流體的方法7
1.1.3 理論流體力學的核心問題：流場方程10
1.2 對實際流體運動分析引出的問題12
1.2.1 第一個等價關係12
1.2.2 第二個等價關係13
1.3 理論流體力學的研究布局14
1.4 流場形象化的研究15
1.4.1 跡線和流線15
1.4.2 流管、流束、流量17
復習思考題17
第2章 流體的兩個主要性質19
2.1 流體的膨脹性和收縮性19
2.1.1 液體的壓縮性和膨脹性19
2.1.2 氣體的壓縮性和膨脹性20
2.2 流體黏性及內摩擦定律21
2.2.1 牛頓黏度定律21
2.2.2 黏度22
2.3 對流體黏性的再討論——非牛頓流體24
復習思考題25
習題25
第3章 理論流體力學的微分方程組27
3.1 實際流體微分方程組27
3.1.1 連續性方程27
3.1.2 實際流體動力學方程（NS方程）30
3.1.3 對流體力學微分方程組的討論33
3.2 理想流體的微分方程組35
復習思考題37
習題37
第4章 工程流體力學39
4.1 工程流體力學的典型模型、主要問題和研究布局39
4.2 理想流體的伯努利方程41
4.3 實際流體的伯努利方程42
4.3.1 實際流體的伯努利方程42
4.3.2 伯努利方程的幾何意義和物理意義43
4.3.3 實際流體總流的伯努利方程45
4.4 穩定流的動量方程45
4.5 應用舉例48
4.5.1 伯努利方程應用舉例48
4.5.2 動量方程應用舉例50
4.6 流體流態分析及阻力分類52
4.6.1 流態及Re數52
4.6.2 流動阻力分類55
4.7 圓管中層流流動的沿程阻力計算55
4.7.1 有效截面上的速度分布56
4.7.2 平均流速和流量57
4.7.3 管中層流沿程損失的達西公式57
4.8 圓管中湍流流動的沿程阻力計算59
4.8.1 湍流沿程損失的基本關係式59
4.8.2 對湍流沿程損失中有關參數的處理方式60
4.9 圓管中阻力系數值的確定62
4.10 局部阻力64
4.10.1 截面突然擴大的局部損失64
4.10.2 其他類型的局部損失65
4.11 平行平板間層流流動的速度分布和沿程阻力65
4.11.1 運動微分方程66
4.11.2 應用舉例67
復習思考題68
習題69
第5章 邊界層理論71
5.1 邊界層理論的基本概念71
5.2 平面層流邊界層微分方程72
5.3 邊界層內積分方程74
5.4 平板繞流摩擦阻力計算76
5.5 流體力學的發展與研究展望78
復習思考題81
習題81
第6章 相似原理與量綱分析82
6.1 相似原理的重大意義82
6.2 相似勻速曲線運動分析83
6.2.1 相似勻速曲線運動分析83
6.2.2 流動相似的概念87
6.3 相似三定律及其蘊涵的哲學觀念88
6.3.1 相似三定律88
6.3.2 相似三定律所蘊涵的哲學觀念89
6.4 求解相似特徵數的兩種方法89
6.4.1 有控制方程的相似現象的相似特徵數解法89
6.4.2 無控制方程的相似現象的相似特徵數解法92
6.5 相似模型研究方法94
6.5.1 模型設計方法94
6.5.2 參數測試及實驗結果處理95復習思考題96
習題97
第二篇 熱量傳輸98
第7章 傳熱學概論98
7.1 傳熱學的研究目標、研究方法和核心問題98
7.1.1 傳熱學的研究對象98
7.1.2 研究傳熱的方法99
7.2 溫度的來源及相關科學問題100
7.2.1 對冷熱程度的度量——溫度的建立100
7.2.2 自然科學定量化原則——視覺的科學101
7.3 溫度場及其形象化103
7.3.1 溫度場103
7.3.2 溫度場的形象化方法103
7.4 熱量傳遞的普遍性微分方程104
7.5 熱傳遞方式106
7.5.1 導熱106
7.5.2 對流換熱107
7.5.3 熱輻射108
復習思考題108
習題109
第8章 導熱110
8.1 導熱微分方程110
8.1.1 導熱微分方程式及其定解條件110
8.1.2 對導熱微分方程的評述112
8.2 導熱微分方程的簡化及其在工程中的應用112
8.2.1 一維穩態導熱112
8.2.2 一維非穩態導熱119
8.2.3 二維穩態導熱126
8.2.4 二維及三維非穩態導熱128
8.2.5 對工程導熱問題的評述130
8.3 數值計算方法130
8.3.1 一維導熱問題的直接差分法數值計算130
8.3.2 二維非穩態導熱差分方程的建立134
復習思考題136
習題136
第9章 對流換熱138
9.1 對流換熱現象分析138
9.1.1 對流換熱熱流密度的表達式138
9.1.2 影響對流換熱的主要因素139
9.2 對流換熱數學模型的建立140
9.2.1 對流換熱中的物理現象140
9.2.2 換熱微分方程140
9.2.3 能量微分方程141
9.2.4 對流換熱微分方程組討論142
9.3 用相似原理求解對流換熱系數143
9.3.1 對流換熱過程的相似特徵數143
9.3.2 對流換熱的特徵數方程式144
9.3.3 對流換熱量綱分析147
9.4 工程中對流換熱系數計算舉例149
9.4.1 強制對流換熱系數的計算149
9.4.2 自然對流換熱的計算154
復習思考題157
習題157
第10章 輻射換熱159
10.1 準備知識159
10.1.1 電磁波譜159
10.1.2 輻射能的吸收、反射和透射159
10.1.3 人工黑體模型160
10.1.4 黑體輻射的基爾霍夫定律161
10.2 輻射問題模型及其實驗研究161
10.2.1 輻射換熱強度的實驗研究161
10.2.2 黑體單色輻射換熱強度規律163
10.3 黑體單色輻射的研究歷史及量子力學的誕生164
10.4 實際物體的輻射特性及灰體輻射166
10.4.1 固體和液體的輻射166
10.4.2 灰體的輻射167
10.5 黑體間的輻射換熱及角系數167
10.5.1 黑體間的輻射換熱168
10.5.2 角系數168
10.6 灰體間的輻射換熱172
10.6.1 有效輻射172
10.6.2 兩個灰體間的輻射換熱172
10.6.3 具有重輻射面的封閉腔的輻射換熱174
10.7 氣體輻射175
10.7.1 氣體輻射的特點175
10.7.2 氣體的發射率176
10.7.3 輻射換熱176
10.8 對流與輻射共同存在時的熱量傳輸179
10.9 傳熱學的發展概說及非傅里葉導熱效應179
10.9.1 傳熱學的發展歷史概況179
10.9.2 非傅里葉導熱效應的研究180
復習思考題181
習題182
第三篇 質量傳輸184
第11章 傳質學概論184
11.1 傳質學的研究目標、研究方法和核心問題184
11.1.1 為什麼要研究傳質學？傳質學的研究目標184
11.1.2 傳質學的研究方法和核心問題184
11.1.3 建立質量傳輸微分方程時出現的問題188
11.1.4 傳質學研究布局189
11.2 菲克第一定律及擴散系數189
11.2.1 菲克第一定律（Fick’slaw）189
11.2.2 對擴散系數的討論190
11.3 擴散通量密度191
11.4 質量傳輸微分方程及定解條件194
11.4.1 質量傳輸微分方程194
11.4.2 定解條件196
復習思考題196
習題197
第12章 分子傳質198
12.1 一維穩定態分子擴散198
12.1.1 等摩爾逆向擴散198
12.1.2 通過靜止氣膜的單向擴散200
12.1.3 氣體通過金屬膜的擴散201
12.2 非穩定態分子擴散203
12.2.1 忽略表面阻力的半無限大介質中的非穩定態分子擴散203
12.2.2 幾種簡單幾何形狀物體中的非穩定態分子擴散205
12.2.3 二維和三維非穩態分子擴散205
復習思考題205
習題205
第13章 對流傳質207
13.1 對流傳質微分方程207
13.1.1 對對流傳質的分析207
13.1.2 對流傳質微分方程和Sh數207
13.2 對流傳質的量綱分析208
13.2.1 強制對流傳質208
13.2.2 自然對流傳質209
13.3 求解對流傳質系數的工程舉例210
13.3.1 平板和球的傳質210
13.3.2 管內湍流傳質211
13.3.3 液滴和氣泡內的傳質211
13.4 傳質系數模型212
13.4.1 薄膜理論212
13.4.2 滲透理論213
13.4.3 表面更新理論213
13.5 動量、熱量和質量傳輸的類比214
13.5.1 層流傳輸（分子傳遞）的類似性214
13.5.2 湍流傳輸的類似性216
13.5.3 三種傳輸的類比217
復習思考題219
習題219
附錄221
附錄A 高斯誤差函數表221
附錄B 金屬材料的密度、比定壓熱容和熱導率221
附錄C 幾種保溫、耐火材料的熱導率與溫度的關係222
附錄D 飽和水的熱物理性質223
附錄E 液態金屬的熱物理性質224
附錄F 干空氣的熱物理性質224
附錄G 在大氣壓力下煙氣的熱物理性質225
附錄H 二元體系的質量擴散系數226
附錄I 固體材料沿表面法線方向上輻射發射率ε（εn）227
附錄J 主要物理量的單位換算表227
參考文獻229
0.1 傳輸現象在材料科學與工程研究中的地位和意義1
0.1.1 對一個鑄件的充型凝固過程的分析1
0.1.2 對微觀組織形成過程的分析3
0.1.3 傳輸現象在材料科學與工程研究中的地位和意義3
0.1.4 “傳輸原理”和“物理化學”是材料科學與工程研究的兩大理論支柱3
0.2 微分方程是進行傳輸現象分析的核心工具3
0.3 本書敘述特點5
復習思考題6
第一篇 動量傳輸7
第1章 理論流體力學的科學布局7
1.1 流體力學的研究目標、研究方法和核心問題7
1.1.1 流體力學的研究目標7
1.1.2 研究流體的方法7
1.1.3 理論流體力學的核心問題：流場方程10
1.2 對實際流體運動分析引出的問題12
1.2.1 第一個等價關係12
1.2.2 第二個等價關係13
1.3 理論流體力學的研究布局14
1.4 流場形象化的研究15
1.4.1 跡線和流線15
1.4.2 流管、流束、流量17
復習思考題17
第2章 流體的兩個主要性質19
2.1 流體的膨脹性和收縮性19
2.1.1 液體的壓縮性和膨脹性19
2.1.2 氣體的壓縮性和膨脹性20
2.2 流體黏性及內摩擦定律21
2.2.1 牛頓黏度定律21
2.2.2 黏度22
2.3 對流體黏性的再討論——非牛頓流體24
復習思考題25
習題25
第3章 理論流體力學的微分方程組27
3.1 實際流體微分方程組27
3.1.1 連續性方程27
3.1.2 實際流體動力學方程（NS方程）30
3.1.3 對流體力學微分方程組的討論33
3.2 理想流體的微分方程組35
復習思考題37
習題37
第4章 工程流體力學39
4.1 工程流體力學的典型模型、主要問題和研究布局39
4.2 理想流體的伯努利方程41
4.3 實際流體的伯努利方程42
4.3.1 實際流體的伯努利方程42
4.3.2 伯努利方程的幾何意義和物理意義43
4.3.3 實際流體總流的伯努利方程45
4.4 穩定流的動量方程45
4.5 應用舉例48
4.5.1 伯努利方程應用舉例48
4.5.2 動量方程應用舉例50
4.6 流體流態分析及阻力分類52
4.6.1 流態及Re數52
4.6.2 流動阻力分類55
4.7 圓管中層流流動的沿程阻力計算55
4.7.1 有效截面上的速度分布56
4.7.2 平均流速和流量57
4.7.3 管中層流沿程損失的達西公式57
4.8 圓管中湍流流動的沿程阻力計算59
4.8.1 湍流沿程損失的基本關係式59
4.8.2 對湍流沿程損失中有關參數的處理方式60
4.9 圓管中阻力系數值的確定62
4.10 局部阻力64
4.10.1 截面突然擴大的局部損失64
4.10.2 其他類型的局部損失65
4.11 平行平板間層流流動的速度分布和沿程阻力65
4.11.1 運動微分方程66
4.11.2 應用舉例67
復習思考題68
習題69
第5章 邊界層理論71
5.1 邊界層理論的基本概念71
5.2 平面層流邊界層微分方程72
5.3 邊界層內積分方程74
5.4 平板繞流摩擦阻力計算76
5.5 流體力學的發展與研究展望78
復習思考題81
習題81
第6章 相似原理與量綱分析82
6.1 相似原理的重大意義82
6.2 相似勻速曲線運動分析83
6.2.1 相似勻速曲線運動分析83
6.2.2 流動相似的概念87
6.3 相似三定律及其蘊涵的哲學觀念88
6.3.1 相似三定律88
6.3.2 相似三定律所蘊涵的哲學觀念89
6.4 求解相似特徵數的兩種方法89
6.4.1 有控制方程的相似現象的相似特徵數解法89
6.4.2 無控制方程的相似現象的相似特徵數解法92
6.5 相似模型研究方法94
6.5.1 模型設計方法94
6.5.2 參數測試及實驗結果處理95復習思考題96
習題97
第二篇 熱量傳輸98
第7章 傳熱學概論98
7.1 傳熱學的研究目標、研究方法和核心問題98
7.1.1 傳熱學的研究對象98
7.1.2 研究傳熱的方法99
7.2 溫度的來源及相關科學問題100
7.2.1 對冷熱程度的度量——溫度的建立100
7.2.2 自然科學定量化原則——視覺的科學101
7.3 溫度場及其形象化103
7.3.1 溫度場103
7.3.2 溫度場的形象化方法103
7.4 熱量傳遞的普遍性微分方程104
7.5 熱傳遞方式106
7.5.1 導熱106
7.5.2 對流換熱107
7.5.3 熱輻射108
復習思考題108
習題109
第8章 導熱110
8.1 導熱微分方程110
8.1.1 導熱微分方程式及其定解條件110
8.1.2 對導熱微分方程的評述112
8.2 導熱微分方程的簡化及其在工程中的應用112
8.2.1 一維穩態導熱112
8.2.2 一維非穩態導熱119
8.2.3 二維穩態導熱126
8.2.4 二維及三維非穩態導熱128
8.2.5 對工程導熱問題的評述130
8.3 數值計算方法130
8.3.1 一維導熱問題的直接差分法數值計算130
8.3.2 二維非穩態導熱差分方程的建立134
復習思考題136
習題136
第9章 對流換熱138
9.1 對流換熱現象分析138
9.1.1 對流換熱熱流密度的表達式138
9.1.2 影響對流換熱的主要因素139
9.2 對流換熱數學模型的建立140
9.2.1 對流換熱中的物理現象140
9.2.2 換熱微分方程140
9.2.3 能量微分方程141
9.2.4 對流換熱微分方程組討論142
9.3 用相似原理求解對流換熱系數143
9.3.1 對流換熱過程的相似特徵數143
9.3.2 對流換熱的特徵數方程式144
9.3.3 對流換熱量綱分析147
9.4 工程中對流換熱系數計算舉例149
9.4.1 強制對流換熱系數的計算149
9.4.2 自然對流換熱的計算154
復習思考題157
習題157
第10章 輻射換熱159
10.1 準備知識159
10.1.1 電磁波譜159
10.1.2 輻射能的吸收、反射和透射159
10.1.3 人工黑體模型160
10.1.4 黑體輻射的基爾霍夫定律161
10.2 輻射問題模型及其實驗研究161
10.2.1 輻射換熱強度的實驗研究161
10.2.2 黑體單色輻射換熱強度規律163
10.3 黑體單色輻射的研究歷史及量子力學的誕生164
10.4 實際物體的輻射特性及灰體輻射166
10.4.1 固體和液體的輻射166
10.4.2 灰體的輻射167
10.5 黑體間的輻射換熱及角系數167
10.5.1 黑體間的輻射換熱168
10.5.2 角系數168
10.6 灰體間的輻射換熱172
10.6.1 有效輻射172
10.6.2 兩個灰體間的輻射換熱172
10.6.3 具有重輻射面的封閉腔的輻射換熱174
10.7 氣體輻射175
10.7.1 氣體輻射的特點175
10.7.2 氣體的發射率176
10.7.3 輻射換熱176
10.8 對流與輻射共同存在時的熱量傳輸179
10.9 傳熱學的發展概說及非傅里葉導熱效應179
10.9.1 傳熱學的發展歷史概況179
10.9.2 非傅里葉導熱效應的研究180
復習思考題181
習題182
第三篇 質量傳輸184
第11章 傳質學概論184
11.1 傳質學的研究目標、研究方法和核心問題184
11.1.1 為什麼要研究傳質學？傳質學的研究目標184
11.1.2 傳質學的研究方法和核心問題184
11.1.3 建立質量傳輸微分方程時出現的問題188
11.1.4 傳質學研究布局189
11.2 菲克第一定律及擴散系數189
11.2.1 菲克第一定律（Fick’slaw）189
11.2.2 對擴散系數的討論190
11.3 擴散通量密度191
11.4 質量傳輸微分方程及定解條件194
11.4.1 質量傳輸微分方程194
11.4.2 定解條件196
復習思考題196
習題197
第12章 分子傳質198
12.1 一維穩定態分子擴散198
12.1.1 等摩爾逆向擴散198
12.1.2 通過靜止氣膜的單向擴散200
12.1.3 氣體通過金屬膜的擴散201
12.2 非穩定態分子擴散203
12.2.1 忽略表面阻力的半無限大介質中的非穩定態分子擴散203
12.2.2 幾種簡單幾何形狀物體中的非穩定態分子擴散205
12.2.3 二維和三維非穩態分子擴散205
復習思考題205
習題205
第13章 對流傳質207
13.1 對流傳質微分方程207
13.1.1 對對流傳質的分析207
13.1.2 對流傳質微分方程和Sh數207
13.2 對流傳質的量綱分析208
13.2.1 強制對流傳質208
13.2.2 自然對流傳質209
13.3 求解對流傳質系數的工程舉例210
13.3.1 平板和球的傳質210
13.3.2 管內湍流傳質211
13.3.3 液滴和氣泡內的傳質211
13.4 傳質系數模型212
13.4.1 薄膜理論212
13.4.2 滲透理論213
13.4.3 表面更新理論213
13.5 動量、熱量和質量傳輸的類比214
13.5.1 層流傳輸（分子傳遞）的類似性214
13.5.2 湍流傳輸的類似性216
13.5.3 三種傳輸的類比217
復習思考題219
習題219
附錄221
附錄A 高斯誤差函數表221
附錄B 金屬材料的密度、比定壓熱容和熱導率221
附錄C 幾種保溫、耐火材料的熱導率與溫度的關係222
附錄D 飽和水的熱物理性質223
附錄E 液態金屬的熱物理性質224
附錄F 干空氣的熱物理性質224
附錄G 在大氣壓力下煙氣的熱物理性質225
附錄H 二元體系的質量擴散系數226
附錄I 固體材料沿表面法線方向上輻射發射率ε（εn）227
附錄J 主要物理量的單位換算表227
參考文獻229
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