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本书是“十三五”江苏省高等学校重点教材，以新时代全国高等学校本科教育工作会议精神为指引，结合近年来教学改革成果编写而成。

本书注重知识基础的夯实、深度难度的有机拓展及传输理论在材料制备、材料加工及冶金工程等实践中的应用。全书共三篇13章，即动量传输篇、热量传输篇、质量传输篇，包含流体的概念及性质、流体静力学、动量传输基础、流体流动基本方程、边界层理论、热量传输的基本概念、导热、对流传热、辐射换热、质量传输的基本概念、扩散传质、对流传质、相间传质。全书典型例题剖析深刻，每章均有思维导图和习题，利于读者抓住重点，深入系统学习，方便读者查看和学习。

本书可作为普通高等学校材料类、冶金类、化工类、能源动力类、机械类等专业的教材或教学参考书，也可供其他专业选用和相关科技人员参考。

目录

前言

绪论1

01三种传输基本定律1

02三种传输现象类比2

第1篇动量传输

第1章流体的概念及性质7

11流体和连续介质模型7

111流体的概念7

112连续介质模型8

12流体的压缩性和热膨胀性8

121液体的压缩性和热膨胀性8

122气体的压缩性和热膨胀性9

123不可压缩流体10

13流体的黏性11

131流体中的黏性力11

132牛顿黏性定律和流体黏度11

133理想流体、牛顿流体和非牛顿

流体14

习题14

第2章流体静力学15

21作用在流体上的力15

22静止流体平衡微分方程——欧拉

方程16

23重力场下流体静力学基本方程18

24静止液体对壁面的作用力19

241静止液体对平面壁的压力19

242静止液体对曲面壁的压力20

习题22

第3章动量传输基础25

31流体的流动形态26

311雷诺实验26

312雷诺数27

32流场及其描述28

321流场28

322迹线和流线28

323流管、流束和流量29

324稳定流和非稳定流29

33动量传输方式和动量通量30

331动量传输的基本方式30

332动量率与动量通量30

34动量平衡及其应用31

341动量平衡方程的形式31

342斜面上下降液膜的层流流动32

343两平行平板间流体的层流流动33

35流体绕圆球的流动35

351球形颗粒在流体中稳定运动的

阻力35

352球形颗粒在流体中的沉降终速37

习题39

第4章流体流动基本方程40

41质量守恒定律与连续性方程40

42流体动量平衡方程42

421实际流体动量平衡方程——纳维

尔斯托克斯方程42

422理想流体动量平衡方程——欧拉

方程45

423两平行平板间层流流动的动量平

衡方程45

43流体能量守恒方程——伯努利方程48

431理想流体的伯努利方程48

432实际流体的伯努利方程51

44伯努利方程的应用52

441毕托管52

442文丘里管53

习题54

第5章边界层理论55

51边界层的基本概念55

511边界层的定义56

512边界层的特征56

52平面层流边界层微分方程57

53平面边界层积分方程58

习题61

第2篇热量传输

第6章热量传输的基本概念65

61热量传输的研究内容65

62热量传输的基本方式66

621热传导66

622热对流67

623热辐射69

63温度场及其描述70

631温度场70

632等温线（面）71

633温度梯度71

64热流与热通量72

习题72

第7章导热73

71导热基本定律73

711傅里叶定律73

712导热系数75

713热扩散率76

72导热微分方程77

721直角坐标导热微分方程77

722圆柱坐标系和球坐标系的导热微分

方程79

723定解条件80

73一维稳态导热82

731平壁一维稳态导热82

732圆管一维稳态导热88

733圆球一维稳态导热91

74二维稳态导热92

75非稳态导热94

751非稳态导热的基本概念95

752集总参数法98

753一维非稳态导热的分析解法102

习题108

第8章对流换热110

81对流换热基本概念111

82牛顿冷却公式和传热系数112

821牛顿冷却公式112

822表面传热系数及其影响因素113

823对流换热过程的分类114

83对流换热微分方程115

831能量微分方程115

832动量微分方程116

833连续性微分方程117

84平板层流对流换热117

841边界层对流换热微分方程组117

842边界层对流换热微分方程组的

分析解119

843边界层热量积分方程及其解121

85自然对流换热126

851自然对流换热的特点126

852垂直平板自然对流换热127

习题130

第9章辐射换热132

91热辐射基本概念132

911热辐射的本质和特点132

912热辐射的吸收率、光谱反射因数和

透过率134

92黑体辐射基本定律135

921黑体辐射135

922辐射力（辐射照度）135

923普朗克定律136

924维恩位移定律138

925斯蒂芬玻耳兹曼定律138

926基尔霍夫定律140

927兰贝特定律141

93实际物体的辐射142

931实际物体的辐射特性142

932实际物体的吸收特性143

933灰体144

94黑体表面间的辐射换热145

941角系数的定义145

942角系数的性质146

943确定角系数的方法147

944黑体表面间辐射换热与空间

热阻153

95灰体表面间的辐射换热153

951有效辐射153

952两无限大平行平板间的辐射

换热154

953遮热板原理155

954辐射换热的网络求解法157

96气体的辐射与吸收163

961气体的辐射和吸收特性163

962气体黑度164

习题165

第3篇质量传输

第10章质量传输的基本概念169

101质量传输基本方式170

1011扩散传质170

1012对流传质170

1013相间传质171

102浓度、速度和传质通量171

1021浓度171

1022速度173

1023传质通量175

103菲克定律177

104菲克第二定律177

105传质微分方程178

1051质量传输微分方程推导179

1052质量传输微分方程的特定

形式181

1053柱坐标系和球坐标系的质

量传输微分方程1

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前言

材料制备和加工的组成单元变化无穷，但各种单元涉及的基本理论却有其共性。与化工、冶金等工程学科一样，材料工程涉及的基础工程知识也主要是动量的传递（力学）、能量的传递（热学）、质量的传递（传质学），但这些基础知识在不同学科中的应用又各有侧重。

从20世纪中叶以来，传输原理已成为一门独立学科并广泛应用于冶金、材料、机械、化工、能源等工程领域。随着科学技术的发展，传输原理在认识冶金过程与材料制备过程及材料加工过程的本质，发展冶金、材料制备及加工新理论、新技术、新工艺、新方法、新流程等方面发挥了重要的支柱作用，已经成为现代冶金、材料制备及加工工程的理论基础。

南京理工大学自2003年起面向材料科学与工程专业和材料加工工程专业的本科生开设了“传输原理”课程，受到了学生的普遍欢迎。为满足材料类（材料科学与工程、材料加工工程、材料成型及控制工程）专业学生有针对性地学习动量传输、热量传输、质量传输的基本知识及其在材料工程中的应用，培养材料类专业学生综合应用动量传输、热量传输和质量传输理论去定量或定性地分析材料成形/加工中的理论和工程问题的能力，同时也满足南京理工大学“传输原理”课程教学的需要，推进课程建设与教材建设融合，课程教学团队经过十几年的教学，积累了丰富的教学经验，对课程知识点和内容理解深刻、把握精准，规划编写了适合材料类专业有关传输原理课程教学的专业教材《材料工程传输原理》。

本书包含动量传输、热量传输、质量传输（简称三传）三篇，共13章，以三传为主线，注重从三种传输具有类似性的角度阐述流体流动过程、传热过程以及传质过程的传输基础理论，并力求将这些基础理论应用于材料制备、材料加工及冶金工程实践中。其中动量传输篇包括流体的概念及性质、流体静力学、动量传输基础、流体流动基本方程、边界层理论等内容；热量传输篇包括热量传输的基本概念、导热、对流换热、辐射换热等内容；质量传输篇包括质量传输的基本概念、扩散传质、对流传质、相间传质等内容。各章均设有例题和习题，书末附有常用数据表。

本书可作为普通高等学校材料类、冶金类、化工类、能源动力类、机械类等专业的教材或教学参考书，也可供其他专业选用或相关科技人员参考。

本书内容系统丰富、知识点具有逻辑关系和针对性，叙述简明扼要，在教材编写过程中突出了以下特色：

1）知识点系统性强，内容体系完整，各篇章之间逻辑层次清晰，衔接合理。

2）内容叙述简明扼要，重点突出，重视基础，强调三传过程规律的相似之处，揭示三传现象相似性的深刻内涵，示范如何运用数学等基础知识分析实际问题。

3）内容梯度和广度适中，强调传输理论在材料制备、材料成形与材料加工等方面的应用，突出动量传输、热量传输、质量传输的理论知识在材料工程中的应用实例，以提高读者分析和解决材料工程复杂问题的能力。

4）吸收国内外同类教材优点和长处，丰富每章的例题和习题，便于读者自学、总结与提高。

5）适应时代特色和材料科学与技术的发展，体现三传过程的原理在现代材料科学与先进材料工程技术中的应用，展现教材内容的现代化。

本书是在多年教学实践的基础上，参考国内外有关文献编写而成的，由南京理工大学邹友生教授、侯怀宇副教授、杨森教授、曾海波教授编著。第1～4章由侯怀宇副教授编写，第5章由杨森教授编写，第6～12章由邹友生教授编写，第13章由曾海波教授编写，全书由邹友生统稿，秦渊主审。

本书的编写得到了陆星宇、邹济匡、刘云泽、何泽人、刘贤浩等研究生的协助和支持，在此对他们及所有为本书提供资料和建议的同志表示衷心的感谢！

由于编者水平有限，书中难免会有不足之处，恳请读者批评指正。