化工流體力學(xué)（第二版）

上篇流體力學(xué)基礎(chǔ)
第1章流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響因素和研究方法1
1-1流體的物理屬性1
1-1-1連續(xù)介質(zhì)假定1
1-1-2密度，壓縮性3
1-1-3黏性，牛頓流體3
1-1-4導(dǎo)熱性，熱導(dǎo)率8
1-1-5擴(kuò)散性，擴(kuò)散系數(shù)9
1-1-6表面張力10
1-2流動(dòng)空間的幾何特征，流動(dòng)問題分類13
1-2-1流體運(yùn)動(dòng)問題的分類13
1-2-2化工設(shè)備中的流動(dòng)問題，典型化工設(shè)備及其結(jié)構(gòu)特征15
1-3引發(fā)流體運(yùn)動(dòng)的方式、工藝過程的操作條件17
1-3-1化工設(shè)備中流動(dòng)的發(fā)生：泊謖流與庫特流17
1-3-2流動(dòng)的兩種基本狀態(tài)：層流與湍流18
1-3-3流動(dòng)狀態(tài)的判別，雷諾數(shù)19
1-3-4低雷諾數(shù)（爬流）與高雷諾數(shù)（邊界層流）19
1-4研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基本途徑20
1-4-1理論解析法20
1-4-2實(shí)驗(yàn)觀測(cè)法20
1-4-3數(shù)值計(jì)算法22
本章主要符號(hào)23
習(xí)題23
參考文獻(xiàn)24
第2章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、理想流體運(yùn)動(dòng)25
2-1流體運(yùn)動(dòng)的表示方法25
2-1-1拉格朗日法25
2-1-2歐拉法26
2-1-3隨體導(dǎo)數(shù)27
2-1-4定常流動(dòng)與非定常流動(dòng)，流線與軌線的進(jìn)一步討論28
2-1-5一維運(yùn)動(dòng)29
2-2變形的運(yùn)動(dòng)學(xué)——流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析31
2-2-1流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分解31
2-2-2流體微團(tuán)變形和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特征量33
2-3連續(xù)性方程37
2-4理想流體的運(yùn)動(dòng)方程——?dú)W拉方程及其伯努利積分39
2-4-1歐拉運(yùn)動(dòng)方程沿流線的積分——伯努利方程39
2-4-2無旋條件下歐拉運(yùn)動(dòng)方程的積分40
2-4-3可壓縮氣體的伯努利方程41
2-4-4伯努利方程的應(yīng)用41
2-4-5伯努利方程的局限性47
2-5二維運(yùn)動(dòng)，流函數(shù)47
2-5-1流函數(shù)的定義47
2-5-2流函數(shù)方程49
2-5-3流函數(shù)的應(yīng)用49
2-6渦旋運(yùn)動(dòng)50
2-6-1工程中的渦旋運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象50
2-6-2渦旋性質(zhì)及渦旋運(yùn)動(dòng)經(jīng)典理論51
2-6-3渦旋動(dòng)力學(xué)——渦旋的產(chǎn)生、擴(kuò)展與消失55
2-7無旋運(yùn)動(dòng)57
2-7-1無旋運(yùn)動(dòng)的特性57
2-7-2勢(shì)流基本方程58
2-7-3基本無旋流59
2-7-4理想流體繞物體的運(yùn)動(dòng)，繞圓柱、球的流動(dòng)60
2-8有環(huán)量的無旋運(yùn)動(dòng)65
2-8-1有環(huán)量的繞圓柱體流動(dòng)65
2-8-2蘭金渦67
本章主要符號(hào)70
習(xí)題71
參考文獻(xiàn)73
第3章黏性流體力學(xué)74
3-1黏性流體的運(yùn)動(dòng)方程及其性質(zhì)與求解74
3-1-1運(yùn)動(dòng)方程的建立74
3-1-2運(yùn)動(dòng)方程的定解條件78
3-1-3黏性流體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)78
3-1-4N-S運(yùn)動(dòng)方程的求解80
3-2低雷諾數(shù)流理論N-S方程近似（一）84
3-2-1Stokes流基本方程組84
3-2-2繞球運(yùn)動(dòng)，Stokes解85
3-2-3Oseen流90
3-2-4顆粒橫向漂移91
3-2-5低雷諾數(shù)流理論的發(fā)展與應(yīng)用91
3-3高雷諾數(shù)流理論（層流邊界層理論）N-S方程近似（二）92
3-3-1高雷諾數(shù)下平板繞流邊界層92
3-3-2曲面上的邊界層，分離現(xiàn)象94
3-3-3邊界層方程及其求解96
3-4湍流運(yùn)動(dòng)的基本方程與經(jīng)典湍流理論104
3-4-1層流穩(wěn)定性與湍流起源104
3-4-2湍流運(yùn)動(dòng)的主要特征108
3-4-3湍流運(yùn)動(dòng)的基本方程，雷諾方程110
3-4-4湍流唯象理論（半經(jīng)驗(yàn)理論）112
3-4-5充分發(fā)展的湍流運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化模型115
3-4-6湍流的統(tǒng)計(jì)特性119
3-5繞流，外部流動(dòng)129
3-5-1繞平板流動(dòng)，湍流邊界層129
3-5-2圓柱繞流，渦旋誘發(fā)振動(dòng)134
3-5-3流體阻力的理論與實(shí)踐136
3-6管流，內(nèi)部流動(dòng)142
3-6-1圓管層流流動(dòng)142
3-6-2圓管湍流運(yùn)動(dòng)148
3-6-3非直管、非圓管中的流動(dòng)，二次流現(xiàn)象153
3-7射流與尾流159
3-7-1自由射流160
3-7-2復(fù)雜射流166
3-7-3射流的工程應(yīng)用167
3-7-4尾流168
3-8多孔介質(zhì)中的流動(dòng)169
3-8-1多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)169
3-8-2實(shí)際速度與平均速度(表觀速度)169
3-8-3Darcy定律170
3-9湍流參數(shù)測(cè)量173
3-9-1熱絲(熱膜)流速儀173
3-9-2激光多普勒流速儀175
3-9-3管流實(shí)驗(yàn)結(jié)果176
3-10湍流擬序結(jié)構(gòu)177
3-10-1湍流邊界層結(jié)構(gòu)178
3-10-2自由剪切流180
3-10-3研究湍流擬序結(jié)構(gòu)的意義與應(yīng)用180
本章主要符號(hào)181
習(xí)題182
參考文獻(xiàn)186
第4章兩（多）相流動(dòng)188
4-1氣泡與液滴的形成188
4-1-1孔口氣泡的生成188
4-1-2連續(xù)氣體射流192
4-1-3液體射流的不穩(wěn)定性：分裂與霧化195
4-2單一液滴/氣泡運(yùn)動(dòng)，氣泡動(dòng)力學(xué)197
4-2-1液滴/氣泡運(yùn)動(dòng)概述197
4-2-2低雷諾數(shù)下球形液滴的運(yùn)動(dòng)201
4-2-3液體中的氣泡運(yùn)動(dòng)206
4-3多顆粒流動(dòng)213
4-3-1顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng)214
4-3-2密集鼓泡215
4-3-3液滴，氣泡的分裂與合并217
4-4液膜流動(dòng)221
4-4-1液膜流動(dòng)特性221
4-4-2液膜層流運(yùn)動(dòng)223
4-4-3物體從液體中抽出時(shí)表面上的滯留膜226
4-4-4波動(dòng)層流薄膜運(yùn)動(dòng)230
4-4-5液膜湍流運(yùn)動(dòng)231
本章主要符號(hào)234
習(xí)題235
參考文獻(xiàn)236
第5章非牛頓流體的流變性與流動(dòng)237
5-1聚合液體的特異流動(dòng)行為237
5-1-1剪切稀化238
5-1-2爬桿238
5-1-3擠出脹大239
5-1-4攪拌槽中的反向次流240
5-1-5滑移現(xiàn)象240
5-1-6添加劑減阻，湯姆斯（Toms）效應(yīng)240
5-2非牛頓流體的本構(gòu)方程與物質(zhì)函數(shù)241
5-2-1假塑性流體的剪切黏度242
5-2-2黏塑性流體的剪切黏度245
5-2-3觸變性245
5-3假塑性流體流動(dòng)247
5-4黏塑性流體流動(dòng)250
5-5聚合液體的拉伸流動(dòng)與拉伸黏度253
5-5-1拉伸流動(dòng)253
5-5-2拉伸黏度253
5-6黏彈性流體的流變特性與流動(dòng)254
5-6-1法向應(yīng)力差255
5-6-2黏彈性流體的動(dòng)態(tài)特性，復(fù)數(shù)黏度256
5-6-3描述彈性行為的無量綱數(shù)群258
5-6-4馬克斯威爾方程——線性黏彈性的模型258
5-7流變測(cè)量259
5-7-1毛細(xì)流變儀259
5-7-2旋轉(zhuǎn)流變儀261
本章主要符號(hào)263
習(xí)題263
參考文獻(xiàn)264
第6章計(jì)算流體力學(xué)266
6-1流體力學(xué)主要方程與模型267
6-1-1不可壓Navier-Stokes方程267
6-1-2渦流函數(shù)方程268
6-1-3湍流模型268
6-2數(shù)值計(jì)算方法272
6-2-1微分方程的離散及求解272
6-2-2有限差分法273
6-2-3有限元法274
6-2-4有限體積法276
6-3流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的應(yīng)用實(shí)例279
6-3-1圓柱繞流279
6-3-2非牛頓流體管流281
6-3-3伴有化學(xué)反應(yīng)的邊界層流284
6-3-4鼓泡塔中氣液兩相流的數(shù)值計(jì)算288
本章主要符號(hào)291
習(xí)題292
參考文獻(xiàn)292下篇流體力學(xué)應(yīng)用
第7章流體流動(dòng)與傳熱、傳質(zhì)293
7-1能量方程293
7-1-1能量方程294
7-1-2黏性流體中的能量耗散295
7-1-3湍流能量方程296
7-2擴(kuò)散方程297
7-2-1層流擴(kuò)散方程298
7-2-2湍流擴(kuò)散方程298
7-3管內(nèi)傳熱299
7-3-1管內(nèi)層流傳熱300
7-3-2管內(nèi)湍流傳熱302
7-4人工粗糙管內(nèi)的流動(dòng)與傳熱306
7-4-1人工粗糙管中的湍流運(yùn)動(dòng)307
7-4-2人工粗糙管中的湍流傳熱與溫度分布310
7-5伴有傳熱、傳質(zhì)時(shí)的繞流，傳熱、傳質(zhì)邊界層312
7-5-1傳質(zhì)邊界層312
7-5-2傳熱邊界層317
7-5-3圓柱繞流流型與傳熱速率321
本章主要符號(hào)321
參考文獻(xiàn)322
第8章流動(dòng)、混合與化學(xué)反應(yīng)323
8-1流動(dòng)、混合與混合機(jī)理323
8-1-1層流中的分子擴(kuò)散324
8-1-2湍流擴(kuò)散325
8-1-3剪切分散326
8-1-4混合效果評(píng)價(jià)328
8-2化學(xué)反應(yīng)與混合330
8-2-1特征時(shí)間與混合效應(yīng)判別331
8-2-2混合對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響332
8-2-3微觀混合模型334
8-2-4撞擊射流與快速混合技術(shù)335
8-3湍流與微觀混合，反應(yīng)沉淀336
8-3-1沉淀過程中不同尺度的混合337
8-3-2混合/沉淀模型337
8-3-3沉淀過程的CFD338
8-4聚合與混合（一），湍流與液液分散，懸浮聚合338
8-4-1湍流場(chǎng)中的液滴分散339
8-4-2液滴合并340
8-4-3液滴大小分布與液?慘悍薔?相聚合反應(yīng)器放大341
8-5聚合與混合（二），高黏液膜流動(dòng)與混合，熔融縮聚342
8-5-1圓盤反應(yīng)器中的液體運(yùn)動(dòng)342
8-5-2旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器中的質(zhì)量傳遞345
本章主要符號(hào)346
參考文獻(xiàn)346
第9章生物反應(yīng)器流體動(dòng)力學(xué)348
9-1培養(yǎng)液/發(fā)酵液流變性348
9-1-1發(fā)酵液的流變性348
9-1-2植物細(xì)胞培養(yǎng)液的流變性348
9-1-3黃原膠的流變性349
9-2葉輪流體動(dòng)力學(xué)（一）單相流體350
9-2-1總體流動(dòng)特性350
9-2-2流型352
9-2-3速度分布357
9-2-4剪切速率357
9-2-5湍流特征359
9-3葉輪流動(dòng)動(dòng)力學(xué)（二）氣液兩相361
9-3-1氣/液兩相流型361
9-3-2氣泡大小分布364
9-3-3氣含率分布367
9-4剪切環(huán)境與生物反應(yīng)367
9-4-1剪切環(huán)境與菌體形態(tài)和代謝367
9-4-2氣泡?蠶赴?相互作用368
本章主要符號(hào)372
參考文獻(xiàn)373
第10章聚合物加工中的流動(dòng)與傳遞374
10-1螺槽與口模中的流動(dòng)374
10-1-1螺槽中的運(yùn)動(dòng)375
10-1-2口模中的熔體流動(dòng)377
10-2熔體充模流動(dòng)379
10-2-1矩形模腔中的流動(dòng)379
10-2-2徑向流充模380
10-2-3充模過程中的噴泉流382
10-3壓延輥隙間的熔體流動(dòng)383
10-3-1輥隙間流型383
10-3-2壓延等溫流動(dòng)384
本章主要符號(hào)386
參考文獻(xiàn)386"


再 版 前 言
《化工流體力學(xué)》于1988年出版，用作研究生教學(xué)用書，至今已近20年。這期間流體力學(xué)發(fā)展、化工技術(shù)進(jìn)步，著者也經(jīng)歷多年教學(xué)、科研實(shí)踐，積累了一定經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，因而對(duì)本書進(jìn)行修訂已屬必要。經(jīng)華東理工大學(xué)2001年批準(zhǔn)，本書修訂作為研究生課程建設(shè)立項(xiàng)。本著“保持原有特色，精簡(jiǎn)更新，加強(qiáng)應(yīng)用”的基本思路，組織相關(guān)人員，開展工作。歷經(jīng)兩年多時(shí)間，于2005年6月完稿。
新版編寫既是總結(jié)過去，更是重新學(xué)習(xí)，展望未來。或許可以認(rèn)為，化工流體力學(xué)漸趨成熟，不僅是構(gòu)成化學(xué)工程學(xué)科的理論基礎(chǔ)，指導(dǎo)設(shè)備的強(qiáng)化和優(yōu)化，而且可望逐步用于一些過程和設(shè)備的設(shè)計(jì)，亦即已經(jīng)包含相當(dāng)部分的應(yīng)用技術(shù)。化工流體力學(xué)將會(huì)從研究生的課堂走向企業(yè)實(shí)踐?；谶@樣的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，對(duì)流體力學(xué)在化工中應(yīng)用方面的發(fā)展做簡(jiǎn)要論述。
一、流體力學(xué)化工應(yīng)用的發(fā)展
流體力學(xué)是研究流體平衡和宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律、以及流體與所接觸物體之間相互作用的一門學(xué)科。工業(yè)流體力學(xué)是其分支，研究工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行中有關(guān)流體流動(dòng)的問題。
化工生產(chǎn)中處理的物料絕大部分是流體或包含固體的多相流體。運(yùn)用流體力學(xué)的基本原理，探討化工設(shè)備中流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其對(duì)化工過程的影響，從而為化工設(shè)備的設(shè)計(jì)、放大、強(qiáng)化奠定理論基礎(chǔ)。這就是化工流體力學(xué)的主要內(nèi)容和目的。例如，了解、研究流體速度、壓力、溫度、密度等在設(shè)備內(nèi)的分布和隨時(shí)間的變化，流體中的物體如設(shè)備內(nèi)構(gòu)件、懸浮顆粒（或液滴、氣泡）與流體之間的相互作用等。HughesHughes R.R.Ind.Eng.Chem-1957,49:947在20世紀(jì)50年代末提出，運(yùn)用現(xiàn)代流體力學(xué)推動(dòng)化學(xué)工程研究，并初步提出積極應(yīng)用流體力學(xué)的若干化工領(lǐng)域，包括湍流與混合，渦旋流場(chǎng)，液膜穩(wěn)定性，氣泡與液滴等。最早以化工流體力學(xué)(Flaid Mechanics in chemical Engineering)為主題，集中刊登相關(guān)論文，見于工業(yè)工程與化學(xué)雜志（Industry Engineering & Chemistry），內(nèi)容涉及熱、質(zhì)同時(shí)傳遞，固定床反應(yīng)器中的湍流傳遞，流型與傳熱系數(shù)預(yù)測(cè)，設(shè)備中流體分布等。1959年列維奇列維奇著?貝鞲剎擼?陳敏恒譯?蔽錮砘?學(xué)流體動(dòng)力學(xué)?鄙蝦＃荷蝦？萍汲靄嬪紓?1964物理化學(xué)流體力學(xué)出版，以小尺度物體在液體中運(yùn)動(dòng)為主要對(duì)象，并著重物理化學(xué)因素對(duì)流動(dòng)的影響。可以認(rèn)為上述二者對(duì)流體力學(xué)在化工中的應(yīng)用起著重要的推動(dòng)作用。
20世紀(jì)50～60年代以來，化工研究者借助于流體力學(xué)，解決化工設(shè)備中一些重要的流動(dòng)問題。較為突出的有，Davis和Taylor液體中大氣泡上升速度用于流化床中氣泡上升速度計(jì)算，尾流現(xiàn)象用于兩相模型建立；Rankine渦描述旋風(fēng)分離器、燃燒室中的基本流型；間斷面概念用于闡明攪拌葉片尾渦形成；流函數(shù)泊松方程用于計(jì)算鼓泡塔中的循環(huán)流動(dòng)；Toor關(guān)于湍流、混合、化學(xué)反應(yīng)關(guān)系的研究等。此外一些重要的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，例如70～80年代混合操作中的湍流專題討論，揭示了經(jīng)典湍流統(tǒng)計(jì)理論在創(chuàng)建微觀混合模型中的重要應(yīng)用。這期間化工生產(chǎn)裝置設(shè)備大型化，實(shí)現(xiàn)高效、低能耗和低物耗；集中控制、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展；過程開發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短等，所有這些形成一個(gè)基本趨勢(shì)：必須深入了解化工過程機(jī)理，而不滿足于總體平衡法建立的過程宏觀參數(shù)關(guān)系。這是促進(jìn)流體力學(xué)應(yīng)用的客觀基礎(chǔ)，生產(chǎn)實(shí)踐的需要是一股強(qiáng)大的動(dòng)力。20世紀(jì)80年代后期，一批流體力學(xué)專著問世，適應(yīng)了深入探討化工中流動(dòng)問題的需要，例如Azbel化學(xué)工程中兩相流Azbel D-Two-phase Flows in Chemical Engineering-Cambridge University Press,1981Cheremisinoff主編Cheremisinoff,N-P-Encyclopedia of Fluid Mechanics-Vol 1-10-Gulf publishing Company,1986～1990，1986年至1990年相繼出版的10卷本流體力學(xué)叢書，百多個(gè)專題廣泛涉及化工生產(chǎn)中的各類流動(dòng)，包含多相流、非牛頓流等。很大程度上體現(xiàn)了化工中流動(dòng)問題的特點(diǎn)：設(shè)備內(nèi)構(gòu)件導(dǎo)致的幾何條件復(fù)雜，物系性質(zhì)、相態(tài)多變，多相并伴有組成、溫度變化等。而同一作者在此前（1983）主編的流體運(yùn)動(dòng)手冊(cè)（Handbook of Fluid in Motion）就其所包含的內(nèi)容，稱之為化工流體運(yùn)動(dòng)手冊(cè)亦不為過。此外，20世紀(jì)60年代Bird等提出“傳遞現(xiàn)象”并出版專著，均以流體流動(dòng)作為基礎(chǔ)。這在化工界已是眾所周知?？傊@一時(shí)期主要是化工研究者學(xué)習(xí)、利用流體力學(xué)，初見成效。出版了一些較有影響的流體力學(xué)著作Denn M-M-Process Fluid Mechanics-Prentice-Hall,Inc-,1980，Brodkey R-S-The phenomena of Fluid Motions-Dover,Mineola N-Y-,1967。
從20世紀(jì)80年代中后期開始，流體力學(xué)研究者關(guān)注化學(xué)工程。稍早一些，著名流體力學(xué)家BatchelorBatchelor,G-K-Devolopments in microhydrodynamics,In Theoretical and Applied Mechanics,ed.W.Koiter.North Holland Publ-Comp-1977,33～35，Batchelor,G-K-Perspectives in Fluid Dynamics-Cambridge press,2000提出發(fā)展微水動(dòng)力學(xué)，極大地推動(dòng)了低雷諾數(shù)流體理論（化工流體力學(xué)重要組成部分）。在其2000年推出的當(dāng)代流體力學(xué)發(fā)展［6］，更是包含了與化學(xué)工程密切相關(guān)的界面流體力學(xué)、流體固化等。一些著名的流體力學(xué)著作Victor L Streeter etal.Fluid Mechanics(第九版)包含了傳熱、擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)器中的混合等內(nèi)容；Prandtl’s Essentials of Fluid Mechanics一書是Prandtl逝世后其流體力學(xué)著作的后續(xù)版本。其中多次提及流體力學(xué)在化工中的應(yīng)用，而在內(nèi)容的選擇上也包含了傳熱、傳質(zhì)、多相流、反應(yīng)流等，這是早期版本中所沒有的?；ぴO(shè)備中流動(dòng)現(xiàn)象的重要研究成果，大量刊登于流體力學(xué)刊物（Journal of Fluid Mechanics）等。Ann Rev Fluid Mech?本??？腔ぴO(shè)備中或是涉及化工過程的流動(dòng)專題評(píng)論。
一些長(zhǎng)期以來僅由化學(xué)工程界研究的氣?慘合嗉蝕?遞，20世紀(jì)80年代之后，由于環(huán)境問題，不僅受到流體力學(xué)界的關(guān)注和參與，還幾乎成了“熱點(diǎn)”賈復(fù)?憊賾謁?氣界面處的氣體傳輸?繃ρЫ?展-2000，30(1)：66，Jahne B-H-Haubecker-Air-water gas exchange-Ann-Rev-Fluid Mech?保?1998,30:443。從而使氣液界面?zhèn)鬟f現(xiàn)象的理解有了突破性進(jìn)展。在氣/液界面附近也會(huì)發(fā)生類似于固壁附近的湍流猝發(fā)現(xiàn)象。界面附近湍流猝發(fā)是表面更新的實(shí)質(zhì)。經(jīng)典相際傳質(zhì)模型納入了氣/液界面湍流觀察和研究的范疇，并導(dǎo)出了一些有理論依據(jù)的傳質(zhì)膜系數(shù)計(jì)算式。有望推動(dòng)相際傳質(zhì)理論發(fā)展和給予傳質(zhì)強(qiáng)化以新的啟迪。
流場(chǎng)顯示技術(shù)以及計(jì)算流體力學(xué)的興起，給流體力學(xué)化工應(yīng)用注入新的巨大的活力。瞬時(shí)流速，三維空間速度分布、兩相流型、速度等依靠LDA（激光測(cè)速），PIV(粒子圖像測(cè)速)，MRI(磁共振成像)等方法，已可有效測(cè)量。圖像處理，數(shù)據(jù)處理使復(fù)雜流場(chǎng)亦得以彩色、清晰表征，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)的可視化。
計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，在傳遞過程（計(jì)算傳熱、計(jì)算傳質(zhì)）以及反應(yīng)器（計(jì)算反應(yīng)工程）方面尤為突出。目前攪拌葉輪已可按用戶需求，通過CFD進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大縮短開發(fā)時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，使化工設(shè)備流場(chǎng)研究取得突出成就。其中流化床、固定床、鼓泡塔、攪拌槽、填料塔、旋風(fēng)分離器等流場(chǎng)信息已相當(dāng)詳盡，雖然工業(yè)裝置放大設(shè)計(jì)方面仍有許多難題，但近十年中取得的進(jìn)展是令人矚目的。
以固定床為例Prashant R-Gunjal,Vivek V-Ranade and Raghunath V-Chaudhari-Computational Study of a Single-phase Flow in paked Beds of spheres-AICHEJ,2005,50(2):365，已經(jīng)獲得軸向、橫向速度分布，Re數(shù)對(duì)流型影響（空隙空間中的循環(huán)），阻力特征（摩擦阻力占總阻力21%～27％），流動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱（顆粒/流體）的影響等，豐富的信息使CFD有望成為固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)工具。
填料塔中的氣/液兩相流J-M-de Santos,T-R-Melli-L-E-Scriven-Mechanics of Gas Liquid Flow in packed-Bed contactors.Annu.Rev.Fluid.Mech?保?1991,23：233，宏觀尺度（床尺度）和微觀尺度（孔隙尺度）上的流動(dòng)行為：脈動(dòng)流、鼓泡流、噴霧流、溪流、滴流等現(xiàn)象的揭示，毫米級(jí)管徑中氣/液兩相行為觀察，毛細(xì)現(xiàn)象/慣性支配流動(dòng)的特征等流動(dòng)機(jī)理的理解，為掌握填料塔水力學(xué)性能、傳質(zhì)性能提供了新的基礎(chǔ)。用CFD方法定量計(jì)算兩相流對(duì)規(guī)則填料傳質(zhì)效率的影響，已取得成效。三相床的模擬計(jì)算，研究涓流床固體顆粒表面液膜流動(dòng)和顆粒潤(rùn)濕、毛細(xì)管作用力等，精確預(yù)測(cè)目前還難以達(dá)到，但畢竟邁出了性能預(yù)測(cè)的重要一步。
概括而言，計(jì)算流體力學(xué)與流場(chǎng)顯示技術(shù)的結(jié)合，正在逐步地、有效地改進(jìn)、加深對(duì)各類化工設(shè)備中流動(dòng)現(xiàn)象的理解。這是當(dāng)前化工流體力學(xué)發(fā)展最重要的趨勢(shì)，未來若干年內(nèi)，所有單元操作都會(huì)在流體力學(xué)發(fā)展新水平基礎(chǔ)上被重新認(rèn)識(shí)。
二、化工流體力學(xué)新版特點(diǎn)
新版全書分為上下兩篇。上篇為流體力學(xué)基本內(nèi)容，保持流體力學(xué)自身系統(tǒng)性，所選內(nèi)容，仍參照初版，考慮與工程應(yīng)用的結(jié)合，并給出一些重要示例。下篇為基本理論的應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)代化工和高新技術(shù)發(fā)展，確立一些重要命題，較為完整地闡述流體力學(xué)在其中的應(yīng)用。
對(duì)經(jīng)典內(nèi)容——運(yùn)動(dòng)學(xué)，渦旋運(yùn)動(dòng)，黏性流體運(yùn)動(dòng)等改進(jìn)論述，突出重點(diǎn)，使其便于理解；內(nèi)容調(diào)整、更新著重四個(gè)方面：湍流理論與實(shí)踐，兩（多）相流，非牛頓流以及計(jì)算流體力學(xué)。湍流唯象理論、統(tǒng)計(jì)理論較初版雖然有刪節(jié)，但相對(duì)完整；湍流擬序結(jié)構(gòu)作了專題介紹，新增湍流模型。充分顯示了湍流理論所占有的突出位置。多孔介質(zhì)中的流動(dòng)，考慮其特點(diǎn)及應(yīng)用上的重要性，新版作了補(bǔ)充。兩相流論述結(jié)構(gòu)上作了調(diào)整，內(nèi)容仍主要包含氣泡、液滴、液膜、多顆?；拘袨椋瑢?duì)多相模型、氣/液兩相流已經(jīng)成稿，因考慮篇幅而刪節(jié)。
物理概念與數(shù)學(xué)推演的關(guān)系既是流體力學(xué)中的難點(diǎn)，又是不可回避的關(guān)鍵。有人說，數(shù)學(xué)對(duì)于流體力學(xué)有如音符于音樂，沒有音符自然沒有音樂。離開數(shù)學(xué)，流體力學(xué)也幾乎難以存在，所以流體力學(xué)包含相當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)是必須的，新版仍然繼承了這一傳統(tǒng)?；痉匠掏茖?dǎo)，重要方程基本解法，都作了完整的論述，同時(shí)對(duì)物理意義及方程應(yīng)用力求詳細(xì)解釋。由于計(jì)算在當(dāng)今工程技術(shù)中的應(yīng)用愈顯重要，以及某些概念，離開數(shù)學(xué)推演也很難理解，因而對(duì)回避和恐懼?jǐn)?shù)學(xué)，應(yīng)該說“不”。盡管如此，數(shù)學(xué)推演在本書中所占篇幅并不很大，重點(diǎn)還是在物理現(xiàn)象的闡述和分析。
流體力學(xué)在化工中的成功應(yīng)用，案例已經(jīng)很多，是20年前無法比擬的，這給下篇提供充實(shí)的基礎(chǔ)。本書第7章、第8章，分別就流體力學(xué)與傳熱、傳質(zhì)以及混合、反應(yīng)的關(guān)系，這兩個(gè)化學(xué)工程中最普遍，也最重要的過程現(xiàn)象進(jìn)行論述。第九、第十兩章選擇生物反應(yīng)器和聚合物材料加工兩個(gè)當(dāng)前最具生命力的應(yīng)用領(lǐng)域，介紹流體力學(xué)在其中所處位置。由于應(yīng)用面廣，內(nèi)容豐富，下篇內(nèi)容的取舍，除盡量考慮其重要性，學(xué)科前沿以及完整性之外，還受著者自身科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的限制，因而下篇應(yīng)用部分，絕不是流體力學(xué)在化工中應(yīng)用的全部，甚至不是大部，只是一種典型。
三、流體力學(xué)在化學(xué)工程教學(xué)中地位的再認(rèn)識(shí)
流體力學(xué)由于其重要性，在工科教育中歷來占有重要位置，但在化工中并不盡然?；ゎ惖谋究茖I(yè)通常不設(shè)專門的流體力學(xué)課程，只在化工原理課程中包含部分內(nèi)容，不但內(nèi)容少，重要的是缺少相關(guān)問題處理方法的訓(xùn)練?；ゎ惔T士研究生也只是部分人選修，這一課程設(shè)置與布局，與當(dāng)前化工流體力學(xué)發(fā)展水平不相適應(yīng)，流體力學(xué)不再只是簡(jiǎn)單幾何條件下復(fù)雜的數(shù)學(xué)推演，已經(jīng)變得生動(dòng)、具體、應(yīng)用廣泛。
計(jì)算流體力學(xué)是解決實(shí)際問題的有用工具，對(duì)化工也不例外，但這一工具的有效使用，絕不是惟一地依賴于各類軟件，也就是說，并非學(xué)會(huì)軟件使用，就學(xué)會(huì)計(jì)算。建立不失真而計(jì)算量又許可的湍流模型和兩相流模型，往往是計(jì)算成敗的關(guān)鍵。因此，流體力學(xué)基本原理和認(rèn)識(shí)化工過程特點(diǎn)，兩者的結(jié)合便于建立適宜的模型，并在這一基礎(chǔ)上運(yùn)用數(shù)值方法，計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算軟件，這是應(yīng)該遵循的正確途徑。
化工生產(chǎn)中的實(shí)際問題相當(dāng)復(fù)雜，試差、經(jīng)驗(yàn)地處理問題，會(huì)長(zhǎng)期存在，擁有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無疑是必要、珍貴的，隨著科學(xué)理論和計(jì)算方法的發(fā)展，探索新的途徑，提煉新的工作方法，同樣是必要的。
上述觀點(diǎn)難免有失偏頗，而且更有王婆賣瓜之嫌，但仍愿在再版前言中寫出來，以冀引起關(guān)注，贊同和批評(píng)都同樣歡迎。
四、化工流體力學(xué)的研究方法與教學(xué)方法
研究流體力學(xué)規(guī)律，有三種方法，即理論解析法，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)法和數(shù)值計(jì)算法，三種方法相輔相成。鑒于化工流動(dòng)問題的特點(diǎn)，化工流體力學(xué)成功經(jīng)驗(yàn)的啟示，自然特別推薦計(jì)算流體力學(xué)方法和流場(chǎng)顯示技術(shù)的結(jié)合。但理論解析法對(duì)掌握同類現(xiàn)象的關(guān)鍵因素，復(fù)雜問題的簡(jiǎn)化，模型概念反復(fù)系統(tǒng)的培訓(xùn)，模型方程的推導(dǎo)，處理方程的若干數(shù)學(xué)技巧的掌握，具有不可替代的作用；關(guān)鍵因素的量綱分析、無量綱化、關(guān)鍵作用力的量級(jí)比較，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，化工實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方案建立，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等具有指導(dǎo)作用。結(jié)合實(shí)際案例，進(jìn)行研究方法訓(xùn)練，是本課程教學(xué)的重要組成部分。
計(jì)算預(yù)測(cè)日益成為處理工程實(shí)際問題的先導(dǎo)，通過流體力學(xué)及其它課程進(jìn)行數(shù)學(xué)模型教育、實(shí)踐，雖然困難，已屬必要。
修訂后的部分章節(jié)曾在華東理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)部分研究生中試講，聽取意見。
南京理工大學(xué)陳志華副教授編寫了本書第六章計(jì)算流體力學(xué)，并為第三章提供初稿；華東理工大學(xué)黃發(fā)瑞教授編寫第四章兩相流動(dòng)。陳劍佩副教授提供第九章初稿，譚文松教授為第九章提供珍貴資料。
本書撰寫過程中，得到曹麗芳同志的支持和幫助，陳劍佩副教授和賈蓉、宗原、李光、蔡清白、黃娟、鄧云輝、雷長(zhǎng)明等參與文獻(xiàn)查閱，有關(guān)內(nèi)容分析、討論、做圖、打印、校對(duì)等多項(xiàng)工作。華東理工大學(xué)對(duì)本書的出版給予了經(jīng)費(fèi)支持?；瘜W(xué)工業(yè)出版社的編輯對(duì)本書的出版付出了辛勤的勞動(dòng)。
大家的共同努力，使本書得以順利出版，對(duì)于許多同志和朋友的幫助、鼓勵(lì)和支持，作者表示衷心的感謝。對(duì)于書中存在的缺點(diǎn)和謬誤，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。