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圖解輸送現象

圖解輸送現象

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9789865221201
吳永富
五南
2020年7月28日
117.00  元
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ISBN:9789865221201
  • 叢書系列:圖解系列
  • 規格:平裝 / 288頁 / 17 x 23 x 1.44 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
    圖解系列


  • 專業/教科書/政府出版品 > 工程類 > 化學工程











      輸送現象是工程學、化學、材料科學、農學、氣象學、生理學、生物學、藥學等領域皆會面對的課題,從17世紀即已陸續建立基礎理論。一般探討的輸送現象包括動量輸送、熱量輸送和質量輸送,然而這三種輸送往往不會單獨發生,甚至彼此還會互相影響,因而成為複雜難解的問題。



      本書除了介紹上述三種輸送現象,也闡述了此領域的內涵、延伸和應用,可作為工程科系學生快速理解相關物理的入門資料。若欲繼續深究輸送現象,首要工作是建立物理模型,形成統御方程式與對應條件,但這些方程式與條件往往涉及微積分和工程數學,因此本書採取循序漸進的系統性方法,簡介輸送現象的推論過程,並也著重應用實例,期望讀者能以本書論點出發,一方面可以理解輸送現象的日常應用,另一方面也能探究輸送現象的研發課題。


     





    第1章 緒 論

    1-1 輸送現象的內涵

    1-2 輸送現象的研究層次

    1-3 輸送現象的應用

    1-4 輸送現象與化學工程

    1-5 輸送現象與物質

    1-6 質量與能量均衡



    第2章 動量傳送

    2-1 流體力學發展史

    2-2 流體黏性

    2-3 真實流體

    2-4 靜止流體

    2-5 運動流體

    2-6 運動描述

    2-7 控制體積

    2-8 巨觀質量均衡

    2-9 巨觀能量均衡(I)

    2-10 巨觀能量均衡(II)

    2-11 巨觀動量均衡(I)

    2-12 巨觀動量均衡(II)

    2-13 層流與紊流

    2-14 管線設計

    2-15 摩擦損失

    2-16 流體邊界層

    2-17 流體繞過固體

    2-18 粒子沉降

    2-19 攪拌

    2-20 微觀質量均衡

    2-21 連續方程式

    2-22 微觀動量均衡

    2-23 運動方程式

    2-24 不可壓縮牛頓流體的運動

    2-25 紊流中的運動方程式

    2-26 流場分析

    2-27 無因次的運動方程式

    2-28 緩流

    2-29 白努利定理

    2-30 速度勢與流函數

    2-31 渦流

    2-32 環流

    2-33 邊界層理論

    2-34 邊界層剝離

    2-35 流固作用力

    2-36 康達效應

    2-37 馬格努斯效應

    2-38 套管內的流動

    2-39 管件

    2-40 離心泵

    2-41 正位移泵

    2-42 壓氣機

    2-43 流量計

    2-44 皮托管與浮子流量計

    2-45 差壓式流量計

    2-46 因次分析法

    2-47 計算流體力學

    2-48 數值模擬

    2-49 模擬流程

    2-50 有限體積法



    第3章 熱量傳送

    3-1 熱力學概念

    3-2 熱傳遞概念

    3-3 傳導與對流

    3-4 熱輻射

    3-5 熱傳導原理-傅立葉定律

    3-6 複合平板中的熱傳導

    3-7 管壁熱傳導

    3-8 球殼熱傳導

    3-9 熱對流

    3-10 熱邊界層

    3-11 強制對流

    3-12 圓管內的熱對流

    3-13 固體外的強制對流

    3-14 自然對流

    3-15 相變化的熱傳

    3-16 微觀能量均衡

    3-17 能量均衡方程式

    3-18 發熱固體與散熱固體

    3-19 非穩定態的熱傳

    3-20 非穩態熱傳之近似分析

    3-21 熱傳現象與流體力學的耦合

    3-22 熱傳裝置

    3-23 套管式熱交換器

    3-24 相變化的熱交換器

    3-25 殼管式熱交換器

    3-26 熱交換器效能

    3-27 蒸發

    3-28 蒸發器



    第4章 質量傳送

    4-1 質量傳遞概論

    4-2 擴散

    4-3 對流

    4-4 微觀質量均衡

    4-5 等莫耳相對擴散系統

    4-6 不等莫耳質傳系統

    4-7 伴隨化學反應的質傳系統

    4-8 一成分靜止的質傳系統

    4-9 多成分系統

    4-10 電場中的質傳系統

    4-11 液相與固相質傳系統

    4-12 動態質傳系統

    4-13 界面質傳系統

    4-14 質量均衡之無因次化

    4-15 固體外的層流式質傳

    4-16 固體外的紊流式質傳

    4-17 膜理論

    4-18 雙膜理論

    4-19 巨觀質量均衡

    4-20 巨觀暫態質傳程序

    4-21 網絡質傳系統

    4-22 擴散係數



    第5章 總 結

    5-1 輸送現象的相似性

    5-2 邊界層的相似性

    5-3 輸送現象的微縮

    5-4 輸送現象的延伸

    5-5 輸送現象總結



    附錄

    參考資料、延伸閱讀



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      「天之道,損有餘而補不足,是故虛勝實,不足勝有餘。其意博,其理奧,其趣深,天地之象分,陰陽之候列,變化之由表,死生之兆彰…。」此乃已故武俠文學大師金庸於《射鵰英雄傳》內設定的九陰真經總綱,吸引書中人物醉心追逐,「損有餘而補不足」,完全對應了輸送現象的根基,故為天之道,且為變化之由表。這意味了輸送現象原理早已深植人心,從古至今。



      然而,科學的發展無法只憑定性研究,還需要定量思索,因而歐洲能在文藝復興後,延續科學革命,從全球文明躍進中脫穎。在長達三世紀的努力中,伽利略留下經典名言:「自然這部書,只能被那些通曉其中所用語言的人閱讀,而此語言正是數學。」愛因斯坦也留下經典名句:「物理學的書,總充滿著複雜的數學式,但每個理論的開端卻是思想和觀念,只是這些構想在日後,必須採取某種數學型式,才可能與實驗對照。」前人倡導的建構學習模式,值得讀者深思。



      《圖解輸送現象》定位於工程科系學生理解相關物理的入門資料,適用對象的專業背景包括機械工程系、化學工程系、環境工程系、土木工程系、航太工程系、海洋工程系、大氣科學系,各系可能拆分成流體力學、熱傳遞、質量傳遞等課程,但皆屬本書範疇。書末將會介紹輸送現象的經典中外文典籍,提供進階學習者延伸閱讀,精益求精。



      輸送現象是系統性的學術,歷經眾多前輩的羅織歸納,儼然脈絡清晰,條理分明,讀者翻閱傳統教科書時,應已知「其意博」。然而,本書秉持段落式學習,逐節闡明前人耙梳過的條理,以文圖互搏的陳述方式,期於讀者驟然浮現「其理奧」的陰影前,頓然體悟「其趣深」的融通感。本書篇幅有限,加上定位精簡,文中各種輸送現象主題皆以最扼要的方式呈現,時而現象說明眾多,時而算式闡釋滿目,盼能秉持工程領域中有「理」有「據」的原則,訓練讀者兼具定性原「理」分析和定量數「據」推理的能力。



      筆者多年從事輸送現象與工程數學的教學,有感於學生想深入主題時的學習障礙,以及面對考試時的挫折無奈。在全球處於科技迅速發展、產業大幅轉變、環境嚴峻變遷的時代,工程學系規劃的核心能力必須能面對上述議題,致使學習動機生硬,不一定能帶來正向回饋的學習效益,故有一派專家倡議科學與藝術的結合,將美感的鑑賞引入科學工程教育中,化怨懟成趣味。在輸送現象領域,筆者至少能察覺到兩種美感,一抽象一具象。抽象的是方程式的簡潔之美,透過向量與張量,經由梯度、散度與旋度,自然世界與人類智慧繼而融合成滿載模型的烏托邦;具象的是物理流動的變異之美,模擬軟體的可視之美,協助流場躍然紙上,促使速度場、溫度場和濃度場繪成各派畫作,從印象派到野獸派,從表現主義到立體主義,古典力學與工程設計終而羽化成饒富趣味的藝術品。抽象性的規律、具象性的扭曲,都值得欣賞,讀者可以不擔任創作者,但仍能成為鑑賞家。



      對於工程議題的學習,盼讀者能從歐陽鋒本末倒置的蠻橫方法中尋求轉變,師法洪七公辨義理的決斷、一燈大師求澈悟的修為、周伯通淡泊名利的豁達、黃藥師欣賞藝術的品味。以虛勝實,以不足勝有餘,自然哲學將順理成章地「輸送」至腦內。




    其 他 著 作
    1. 電化學工程應用
    2. 電化學工程原理