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序1

引言1

第1章 相关学科领域（一）：计算流体力学基础5

1.1动量守恒方程及其封闭5

1.2湍流涡黏模型7

1.2.1零方程模型8

1.2.2一方程模型9

1.2.3 k-ε两方程模型10

1.3近壁区处理方法16

1.3.1壁面函数法16

1.3.2近壁模型法19

1.4雷诺应力湍流模型19

1.4.1雷诺应力方程模型19

1.4.2雷诺代数应力模型20

1.5湍流大涡模型21

1.6计算流体力学的计算方法21

符号说明22

参考文献22

第2章 相关学科领域（二）：计算传热学基础23

2.1能量守恒方程及其封闭23

2.2湍流热扩散模型25

2.2.1零方程模型25

2.2.2一方程模型25

2.2.3 T′2-εT′两方程模型26

2.3近壁区处理方法29

2.4雷诺热流模型30

2.5雷诺热流代数模型31

符号说明31

参考文献32

第3章 计算传质学基本方程33

3.1组分质量守恒方程及其封闭35

3.2湍流传质扩散模型36

3.2.1零方程模型36

3.2.2方程模型37

3.2.3 c′2-εc′两方程模型40

3.3雷诺质流u′ic′模型49

3.3.1标准雷诺质流模型49

3.3.2混合雷诺质流模型51

3.3.3代数雷诺质流模型51

3.4计算传质学的数学方程体系52

3.4.1数学模型方程组52

3.4.2数学模型方程体系的统一55

3.5湍流传递扩散系数的关系57

3.6边界条件的确定58

符号说明60

参考文献61

第4章 数值模拟示例——化工塔式传质设备内速度场的模拟63

4.1模拟方程64

4.2板式塔模型68

4.2.1二维拟液相流模型68

4.2.2三维拟液相流模型71

4.2.3气液两相流模型76

4.2.4气液混合流模型80

4.3填料塔模型82

4.3.1体积平均法模型84

4.3.2单元综合法模型92

符号说明97

参考文献99

第5章 计算传质学的应用（I）——精馏过程102

5.1板式塔的模拟103

5.1.1传质扩散模型（一）零方程模型103

5.1.2传质扩散模型（二）c′2-εc′两方程模型107

5.1.3雷诺质流u′ic′模型131

5.2填料塔的模拟135

5.2.1湍流传质扩散c′2-εc′模型136

5.2.2雷诺质流u′ic′模型143

符号说明148

参考文献149

第6章 计算传质学的应用（Ⅱ）——化学吸收过程及吸附过程152

6.1化学吸收过程152

6.1.1传质扩散c′2-εc′两方程数学模型153

6.1.2 C02的MEA水溶液化学吸收过程模拟及验证156

6.1.3 C02的AMP水溶液化学吸收过程模拟及验证168

6.1.4 C02的NaOH水溶液化学吸收过程模拟及验证172

6.2吸附过程178

6.2.1吸附过程的数学模型179

6.2.2模型计算策略184

6.2.3模拟结果与实验的验证185

符号说明192

参考文献195

第7章 计算传质学的应用（Ⅲ）——固定床催化反应过程197

7.1模拟对象：壁冷式固定床催化反应器197

7.2数学模型199

7.2.1c′2-εc′两方程模型199

7.2.2源项的确定202

7.2.3边界条件203

7.3模拟结果与实验结果的比较204

符号说明211

参考文献212

第8章 传质理论及多组分系统的传质213

8.1早期经典的传质理论213

8.1.1双膜理论213

8.1.2渗透理论214

8.1.3表面更新理论215

8.1.4经典传质理论的发展216

8.2近界面的传质理论217

8.2.1湍流扩散传质理论217

8.2.2旋涡传质理论218

8.3基于界面状态的传质理论219

8.3.1界面效应理论219

8.3.2界面阻力理论220

8.4两组分体系传质系数的估计221

8.5多组分系统的质量传递方程222

8.5.1普遍化的Fick定律223

8.5.2普遍化的Maxwell-Stefan方程223

8.6多组分质量传递方程的求解226

8.6.1与膜理论相结合的Maxwell-Stefan方程解法226

8.6.2结合渗透理论的Maxwell-Stefan方程解法231

8.7多组分质量传递方程的应用示例——精馏塔板上传质点效率的计算238

8.7.1 Oldershaw塔板上的点效率模型241

8.7.2 Oldershaw塔板上的点效率计算245

8.7.3组分交互作用现象257

符号说明258

参考文献260

第9章 气液传质过程的界面效应263

9.1 Marangoni对流结构的实验观测267

9.1.1传质界面为水平及液体为静止情况下的结构268

9.1.2传质界面为水平及液体流动情况下的结构272

9.1.3传质界面为垂直（降膜）及液体流动情况下的结构272

9.1.4化学吸收界面的结构273

9.2 Marangoni对流的分析276

9.3产生Marangoni对流的数学模拟277

9.3.1数学模型277

9.3.2过程稳定性分析及失稳的临界Marangoni数280

9.4气液界面Marangoni效应强化传质的理论分析282

9.5气液界面Marangoni效应的传质增强实验286

9.5.1界面为静止水平的传质增强实验286

9.5.2界面为垂直流动（降膜）的传质增强实验288

9.6从界面有序到无序过渡290

9.7考虑Marangoni效应的传质理论293

9.8 Rayleigh对流的数学模拟298

9.8.1数学模型298

9.8.2模拟求解结果及分析301

9.9 Rayleigh对流的测量308

9.10气液界面上二维浓度分布的模拟与观测311

9.10.1界面上二维平面状态的模拟311

9.10.2界面浓度梯度的观测314

9.11在可变形界面同时进行传质与传热的Marangoni效应315

9.12气液传质界面效应的产生过程324

符号说明325

参考文献327

第10章 格子-Boltzmann方法对气液界面传质过程的模拟329

10.1格子-Boltzmann方法简介329

10.1.1从格子-气方法到格子-Boltzmann方法329

10.1.2格子-Boltzmann方法基本方程330

10.1.3格子模型331

10.1.4边界条件333

10.1.5计算步骤335

10.1.6有外力影响的格子-Boltzmann方程335

10.1.7传热过程的格子-Boltzmann方法336

10.1.8传质过程的格子-Boltzmann方法338

10.1.9格子模型计算与实际对象的关系339

10.1.10格子-Boltzmann方法的应用339

10.2溶质从界面向主体扩散的格子-Boltzmann模拟340

10.2.1数学模型340

10.2.2界面上单个溶质高浓度点的扩散过程341

10.2.3系统物性对界面溶质扩散的影响343

10.2.4界面上均布的多个溶质高浓度点的扩散过程347

10.2.5界面上非均布的多个溶质高浓度点的扩散过程349

10.2.6界面上随机的溶质高浓度点扩散过程350

10.2.7界面瞬时传质通量与渗透理论的比较351

符号说明353

参考文献355

附录357

附录1填料塔内传质系数和传质表面积的经验关联式357

附录2传质系数数据库364

附录3散堆填料塔内气液两相逆流操作总持液量的关联式380

附录4平衡分布函数离散方程的推导382

附录5格子-Boltzmann模型导出Navier-Stokes方程386