《Introduction to Chemical Engineering Fluid Mechanics》书评

《化学工程流体力学简介》书评

By 化学与化工学院 苏沁

《Introduction to Chemical Engineering Fluid Mechanics》（中文译名《化学工程流体力学简介》）由麻省理工学院化学工程系教授William M. Deen编写，由Cambridge University Press出版于2016年。Deen教授主要研究流体力学、传热学与传质学，曾获2012年麻省理工学院卓越教学奖及AIChE化学工程教育贡献奖。

该书介绍了化学工程过程中流体力学的相关知识及其工艺应用，主要面向化工专业的本科生，旨在加深学生对流体力学基本概念及其工业流程应用的理解。正文部分共四大部分，12章节，现介绍如下：

第一部分：实验数据的利用

第一章 物性、量纲、标度：介绍了流体的定义、基本特性及相关物理量的标度、无量纲群和量纲分析及其应用。

第二章 管道流体流动：讨论了牛顿流体通过均匀横截面管道的稳定流动、管壁剪应力与沿程压降的关系, 以及壁面粗糙度对摩擦系数的影响。

第三章 阻力、粒子和多孔介质：介绍了阻力的产生和不同物体的阻力系数，解释了浮力、重力以及固体球的终端速度，详细阐述了流体通过多孔介质的流动特性，并介绍了填料床和流化床的相关内容。

第二部分：流体动力学基础

第四章 流体静力学-压力、重力和表面张力：讨论了静态流体中的压力特性、静压方程和压力分布，随后介绍了重力和表面张力。

第五章 流体动力学：推导了流体的连续性方程，介绍了移动观察点的变化率、应变率，以及涡度的定义和无旋流动。进一步讨论了流函数的定义及流线和迹线的概念。

第六章 应力和动量：介绍了应力向量和应力张量以及某一点的总力、动量守恒和应力平衡。讨论了粘性应力的应变率张量、牛顿流体和非牛顿流体的应力方程。最后对界面上的力学条件和力的计算进行了一般性讨论。

第三部分：微观分析

第七章 单向流：通过一系列实际应用示例，介绍了充分发展流动、由移动表面引起的流动以及涉及自由表面（流体-流体界面）的问题，同时探讨了非牛顿流体的流动特性。

第八章 近似粘性流动：首先介绍了小到中等雷诺数下单向流动中的动量方程，接着讨论了蠕动流—斯托克斯方程和拟稳态流动，最后对润滑流、蠕动流和拟稳态近似值进行了定量论证。。

第九章 惯性层流：介绍了无粘流动和无旋流动，讨论了边界层的微分分析，包括楔形流和内边界层的分析，并进一步探讨了边界层的积分分析，涉及积分动量方程和边界层分离的相关内容。

第十章 湍流：描述了湍流的基本特性和壁面变量，讨论了雷诺平均方程的推导过程，并介绍了涡流扩散系数及其在管道和边界层剪切流中的应用。

第四部分：宏观分析

第十一章 质量、动量和能量的宏观平衡：讨论了质量、动量和机械能守恒的体积积分形式与微分形式的守恒方程。

第十二章 管道流动-入口效应、管件和可压缩性：介绍了管道流动的入口效应，包括入口长度和入口区域的压降，讨论了管道配件、阀门及泵的基本特性，并介绍了可压缩流的显著特征，特别是“阻塞”现象对管道或喷嘴流速的限制作用。

本书清晰地介绍了化学工程中流体力学的核心概念及其实际应用问题，通过丰富的例图帮助读者深入理解流体的流动原理，并加深对相关知识点的掌握与应用。全书编排逻辑严谨：每章都配有针对各个知识点的详细例题及解答过程，并结合实际问题，帮助读者建立分析物理系统的信心，进一步加深对知识点及其实际应用的理解。章节末尾的总结和参考文献便于读者进行回顾和深入考究。附录内容详尽，为读者查阅相关知识提供了极大的便利。语言精炼简洁，图文并茂，内容全面。该书综合了传统和新颖的应用程序，深入探讨了流体力学中的关键问题，旨在加强学生对相关概念和新型应用的理解和洞察力，是化工流体力学领域的理想教科书资源。

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本书高校馆藏：中国农业大学国家图书馆、加州大学伯克利分校、重庆大学、斯坦福大学、牛津大学、麻省理工大学、普林斯顿大学

TQ021.1/D311

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