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本教材以材料工程共性基礎理論為主線，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基本理論及其應用。強調理論知識與工程實踐的有機結合，并試圖將材料工程領域的先進科技成果充實其中，通過實際應用例子，加強分析與解決工程問題的能力，增強工程意識。本教材主要內容包括量綱分析與相似原理、流體力學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、物料干燥原理及技術、燃料及其燃燒過程與技術。

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，人們的衣食住行無不涉及材料。材料品種繁多，諸如金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復合材料等。不同的材料由于其結構、性質及工藝要求的不同，制備與加工過程由各種不同的單元操作過程組成。材料的制備與加工過程中要涉及許多物理和化學過程。對材料制備與加工過程的研究是材料研究領域的一個主要方面。雖然，不同材料的生產加工過程各不相同，甚至同一種材料也存在不同的生產過程，然而，無論哪種材料，其不同生產過程都需要遵循共同的工程原理，包括流體流動（動量傳遞）、熱量傳遞、質量傳遞等。對這些具有共性的基本原理進行研究是材料工程原理需要解決的基本問題。圍繞材料制備與加工過程中涉及的基本理論和基本知識，探討需要解決的基本問題，是材料工程領域的主要任務。

材料工程基礎是材料科學與工程專業(yè)及相關專業(yè)的課程體系中一門重要的專業(yè)基礎課程。該課程是在掌握高等數學及相關物理和化學知識的基礎上為進一步學習工程性專業(yè)課程奠定基礎，是由基礎課向工程科學的專業(yè)課過渡的入門課程。

本書內容涉及材料工程領域中的共性基礎理論動量、能量和質量傳遞的基本規(guī)律，上述理論典型運用的單元過程物料的干燥和燃料的燃燒，以及工程研究方法量綱分析及相似理論。主要內容包括量綱分析與相似原理、流體力學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、物料干燥原理及技術、燃料及其燃燒過程與技術。

本書以材料工程共性基礎理論為主線，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基本理論及其應用，既體現(xiàn)了教學內容各部分之間的邏輯性和整體性，又有利于學習者理解和掌握實際工程中的單元操作的規(guī)律。本書強調理論知識與工程實踐的有機結合，并試圖將材料工程領域的先進科技成果充實其中，通過實際應用例子，加強分析與解決工程問題的能力，增強工程意識。

由于課程的內容與實際生產過程和日常生活密切相關，因此在學習的過程中應緊密聯(lián)系實際生產過程，注意對日常生活的觀察和思考，對各個基本原理所涉及的物理或化學現(xiàn)象注重分析其影響因素及其相互之間的關系。同時，注意學習時逐步掌握各種分析問題和解決問題的方法與思路。

本書可作為材料科學與工程一級學科專業(yè)及其相應的二級學科專業(yè)的本科教學用書，以及材料與化工、材料工程等相關專業(yè)碩士研究生的教學參考書，也可供材料類工業(yè)領域中從事科研、生產的工程技術人員參考。

由于編者水平有限，書中存在疏漏、缺點和錯誤以及不完善之處在所難免，懇請廣大師生和讀者批評指正，以使之進一步完善。

第一章量綱分析與相似原理1

第一節(jié)量綱分析2

一、物理量的單位與量綱2

二、量綱和諧原理和定理6

三、量綱分析法9

第二節(jié)相似原理13

一、相似的概念13

二、相似理論基本定理19

三、相似準則的導出方法21

四、模型研究方法23

思考題32

習題33

第二章流體力學基礎35

一、流體的主要物理性質36

二、作用在流體上的力42

三、描述流體的力學模型43

第一節(jié)流體靜力學44

一、流體靜壓強及其特征44

二、流體壓強的表示方法與度量單位46

三、流體靜力學基本方程47

四、壓強與壓差的測量50

第二節(jié)一元不可壓縮流體動力學基礎53

一、描述流體運動的方法53

二、流體流動基本概念55

三、流體流動連續(xù)性方程57

四、元流能量方程元流伯努利方程59

五、總流能量方程總流伯努利方程62

六、穩(wěn)態(tài)流動總流動量方程*69

第三節(jié)流動阻力和能量損失73

一、流動阻力和能量損失的類型73

二、流體流動形態(tài)及其判定74

三、圓管內的層流運動75

四、圓管內的湍流運動77

五、圓管內湍流的沿程阻力系數80

六、非圓管內流體流動沿程阻力損失84

七、管道內流體局部阻力損失85

八、減小阻力損失的措施89

九、邊界層90

第四節(jié)管路基礎92

第五節(jié)一元氣體動力學基礎*96

一、基本概念96

二、理想氣體一元穩(wěn)態(tài)流動運動方程98

三、氣體一元穩(wěn)態(tài)流動連續(xù)性方程101

第六節(jié)黏性流體力學基礎*104

一、流體運動微分形式連續(xù)性方程104

二、黏性流體運動微分方程式105

三、黏性流體運動基本方程的求解109

第七節(jié)離心式風機與泵109

一、離心式風機與泵的工作原理110

二、離心式風機與泵的性能參數和性能曲線111

三、相似理論在離心式風機與泵中的應用113

四、離心式風機與泵的運行及工況調節(jié)116

五、離心式泵的氣蝕與安裝高度119

六、離心式風機與泵的選型121

思考題122

習題123

第三章傳熱學基礎127

一、熱量傳遞的基本概念128

二、熱量傳遞的基本方式129

三、傳熱過程與傳熱熱阻131

第一節(jié)傳導傳熱131

一、熱導率132

二、導熱微分方程133

三、一維穩(wěn)態(tài)導熱136

四、多維穩(wěn)定態(tài)導熱*144

五、非穩(wěn)態(tài)導熱*146

第二節(jié)對流換熱152

一、對流換熱概述152

二、熱邊界層153

三、對流換熱過程的數學描述154

四、對流換熱的實驗計算式155

五、有相變的對流換熱*166

第三節(jié)輻射換熱171

一、熱輻射的基本概念171

二、黑體輻射定律175

三、實際物體和灰體的輻射178

四、角系數182

五、兩個灰體之間的輻射換熱185

六、多個灰體表面組成封閉系統(tǒng)時的輻射傳熱*188

七、輻射換熱的強化與削弱191

八、氣體輻射與火焰輻射*191

第四節(jié)綜合傳熱過程與換熱器195

一、傳熱過程與復合傳熱195

二、肋的導熱與傳熱*198

三、換熱器204

思考題207

習題208

第四章質量傳遞原理212

一、濃度213

二、傳質的速度與通量214

第一節(jié)質量傳遞微分方程216

一、傳質微分方程的推導216

二、傳質微分方程的簡化218

第二節(jié)分子擴散219

一、費克定律219

二、一維穩(wěn)態(tài)分子擴散220

第三節(jié)對流傳質225

一、對流傳質機理分析225

二、濃度邊界層226

三、對流傳質系數226

第四節(jié)相際傳質227

一、相平衡和相律228

二、亨利定律和拉烏爾定律229

三、相際傳質的雙膜阻理論230

四、相界面成分和薄膜傳質系數230

五、總傳質系數232

六、熱質傳遞過程分析*233

第五節(jié)傳質與化學反應235

一、非均勻化學反應與擴散傳質235

二、均勻化學反應與擴散傳質236

三、球形顆粒的縮核反應與傳質237

第六節(jié)動量、熱量和質量傳遞的類比*239

一、傳遞過程分析239

二、分子傳遞240

三、湍流傳遞241

四、動量、熱量和質量傳遞的類比242

思考題243

習題244

第五章物料干燥245

第一節(jié)干燥靜力學246

一、濕空氣的性質246

二、濕空氣的焓濕圖及應用254

三、濕空氣狀態(tài)的變化過程257

第二節(jié)干燥過程分析與計算260

一、水分在氣固兩相間的平衡260

二、干燥過程的物料衡算和熱量衡算262

三、干燥速率266

第三節(jié)干燥技術271

一、干燥設備的分類和基本要求271

二、對流干燥272

三、傳導干燥274

四、輻射干燥275

五、場干燥技術276

思考題277

習題278

第六章燃料與燃燒280

第一節(jié)燃料的種類及其組成281

一、固體燃料281

二、液體燃料285

三、氣體燃料286

第二節(jié)燃料的性質287

一、燃料的發(fā)熱量287

二、煤的特性289

三、燃料油291

四、氣體燃料293

第三節(jié)燃燒計算294

一、分析計算294

二、空氣量和煙氣量的近似計算301

三、操作計算301

第四節(jié)燃料的燃燒過程308

一、燃燒過程的基本理論309

二、不同燃料的燃燒過程314

第五節(jié)潔凈燃燒技術321

一、燃燒污染與防治321

二、材料生產中的燃燒新技術325

思考題329

習題329

附錄331

參考文獻350

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