传递过程原理（南碎飞）

自从人类制取化学品以来，已积累了大量的原料加工和产品生产经验。通过对积累起来的经验进行总结和归纳，发现原料加工和产品生产中的物质变化过程可分为两类：化学变化过程和物理变化过程。化学变化过程是指物质经过化学反应加工后变为另外一种物质的加工过程，而物理变化过程是指物质经过加工后仅在状态（如气态、液态和固态等）、形状、纯度等方面产生变化，不会生成新物质的加工过程。物理变化过程又可分为混合、筛分、过滤、加热、冷却、蒸发、吸收、精馏、萃取、结晶、干燥、吸附等几十种被称为单元操作的过程。纵观千千万万化工产品的生产过程可知：任何一个化学品的生产过程都是由几个化学变化过程和几个物理变化过程组成的。

单元操作过程虽然多达几十种，但经过深入研究发现这些单元操作过程都是由动量、热量和质量传递（以下简称为“三传”）速率所控制，即“三传”速率决定了单元操作过程的快慢，因而决定了化工生产过程的效率。为了设计出合适的生产装备以及提高化工和相关领域的生产效率，必须研究并熟练掌握“三传”的相关规律。传递过程原理就是关于研究“三传”规律的一门专业基础课程。 

对“三传”规律的深入研究发现：常常可以使用相同的方法解决三种传递的问题，即对有关“三传”的实际问题进行建模，往往能得到类似的数学方程及其解。为了充分理解“三传”之间的相互联系，本书以解决问题的方法为主线来论述“三传”规律的有关内容。此外，任何学科的发展都是由表及里的探索研究过程，即由表面现象的观察到深入研究其规律的过程，因此，为体现其发展规律以及“三传”间的相互联系，全书内容编排如下。

在章中，从“三传”速率的表象观察结果，引入传递过程的现象方程。对现象方程的深入分析，表明“三传”规律在表观上的相似性。同时，在章中介绍了相关传递系数的计算公式。

在第二章至第四章中，从动量、能量和质量守恒定律出发，以衡算的方式得到相应物理量的衡算方程，也称控制方程。由于不管是在工业生产还是科学研究过程中，对一些物理量进行衡算以获得这些物理量的变化规律是基本的研究方法。在研究“三传”过程中，通过对宏观体积的动量、热量和质量衡算可分别得到对应物理量的衡算方程，进而了解各物理量在宏观体积中总体的变化规律。类似地，若在面（薄层体）、线（线形体）和点（微元体）上进行动量、热量和质量衡算，可分别得到对应物理量的一维、二维和三维微分方程，进而了解各物理量在所研究区域内的变化规律。因此，本书在第二、三和四章中，以衡算为研究方法分别得到动量、热量和质量总衡算方程和一维、二维以及三维偏微分方程，其中，在第三章中以平面、柱面和球面顺序来介绍在面（薄层体）上进行动量、热量和质量衡算的相关内容。

在第三、四章中所获得的偏微分方程往往为非线性偏微分方程，其求解非常困难。所以本书在第五章中以求解偏微分方程为主要内容，通过利用所讨论问题的物理特点，将偏微分方程进行简化从而得以求解。如一维、二维及三维微分方程在特殊的情况和简单的边界条件下可转化为常微分方程，从而得到解析解。其次，在第五章中介绍层流边界层概念，根据边界层特性可得层流边界层内传递问题的精确解。后，利用动量、热量和质量衡算导出边界层积分方程，通过边界层积分方程也可求得层流边界层的近似解。

对于不能得到解析解的复杂问题，书中介绍五种方法来处理“三传”问题，如第六章中介绍：（1）采用理论模型，如普朗特混合长模型处理平板上及管内的湍流流动问题；（2）利用第五章中导出的边界层积分方程得到湍流边界层内“三传”问题的近似解。在第七章中介绍；（3）量纲分析法，如流体流动时摩擦系数的量纲分析、对流传热系数的量纲分析、对流传质系数的量纲分析等；（4）“三传”相似律；（5）传质模型。

本书力求公式推演严谨、概念表述清晰，如在第四章中通过运动方程严格推导出机械能衡算方程、不含机械能的能量衡算方程等。对一些容易混淆的概念进行了阐述：如在总能量衡算方程中出现的摩擦功率是指系统与环境在界面上由于黏性摩擦力而做的功，而在机械能衡算方程中出现的摩擦阻力损失则是指整个系统内由于黏性摩擦力做功的结果；明确了对流传递通量、涡流传递通量和扩散传递通量间的联系与区别。此外，本书以突出“三传”问题的共性研究方法为主进行编撰，以此加深理解“三传”之间的相互联系，因此本书没有包括辐射传热的内容，关于辐射传热的内容，读者可阅读其他参考资料。

本书可作为化工、材料、制药、冶金、环境、能源、机械、电子等相关专业本科生和研究生的教材，也可供相关领域工程技术人员研究参考。章节内容安排上尽量各自相对独立，以便于教师根据不同教学要求和进度选学相关内容。如在第三、四和七章中，一些小节的内容可根据不同教学要求和进度进行选学而不影响知识体系的完整性。

浙江大学南碎飞负责本书至五章的编著，窦梅负责第六、七章及附录的编著，全书由南碎飞统稿。

本书的出版得到浙江大学工程师学院“专业学位研究生实践教学品牌课程”立项资助、浙江大学教材出版立项资助，在此作者一并予以致谢！

由于作者所掌握的知识有限，书中难免存在不妥之处，敬请读者批评斧正。

编著者 

2021年3月

本书章介绍了动量、热量和质量传递的一般机理及其现象方程。第二至四章介绍了将质量守恒、动量守恒和能量守恒三大定律依次分别应用于宏观体、薄层体和微观体导出质量衡算方程、动量衡算方程和能量衡算方程，并从流体运动方程出发导出机械能衡算方程，及这些衡算方程的实际应用。第五、六章介绍了在层流和湍流流动下的动量、热量和质量传递规律，第七章介绍了动量、热量和质量传递问题的工程解决方法。书中各章配有适量的例题和习题，扫描本书封底二维码可以观看视频、动画以加深理解有关概念。

本书可以作为化工、材料、制药、冶金、环境、能源、机械、电子、航天和生物工程等专业本科生和研究生的教学用书，也可以供上述专业的科研、设计和工程技术人员参考。

《传递过程原理》所讲述的动量、热量和质量传递速率决定了单元操作过程的快慢，因而决定了生产过程的效率。为了设计出合适的生产装备以及提高化工和相关领域的生产效率，必须研究并熟练掌握动量传递、热量传递和质量传递的相关规律。

《传递过程原理》介绍了可以使用相同的方法解决动量传递、热量传递和质量传递的问题，及三种传递之间的相互联系。

《传递过程原理》以解决问题的方法为主线，论述动量传递、热量传递和质量传递规律，即由表面现象的观察到深入研究其规律。

《传递过程原理》部分章节内容安排相对独立，以便于教师根据不同教学要求和进度进行选学而不影响知识体系的完整性。