輸送現象與單元操作（一）：流體輸送與操作...

化學工廠中之操作技術，可分類成物理處理與化學處理兩種。早期的化工廠中，物理處理係由機械工程師所負起；至於化學處理，當然是化學師的職責。後來因發現機械工程師與化學師間很難達到合作無間，於是遂有化學工程師之應運而生，而一位受過良好訓練之化學工程師，必須兼備物理、化學及機械方面之豐富學識，如此才能肩負化工廠中裝備之設計、組立及操作。

化學工廠中之各種物理處理，總稱為「單元操作」，其基本原理為「輸送現象」，包括動量、熱及質量等三種輸送。化學工業之種類雖然繁多，但每一化學工業中之物理處理，係屬「單元操作」這一學門中幾項操作的組合。因此吾人只要熟習《輸送現象與單元操作》一書，就能負起任一化學工業中之物理處理。

本書共分三冊，除分別討論動量輸送、熱輸送及質量輸送暨其單元操作外，尚包括粉粒體操作。為使三冊分配平均，因此將粉粒體操作與熱輸送操作，合併於第二冊。本書可供大學與技術學院化學工程相關科系教學之用。

撰寫本書時，筆者預設讀者已熟習普通物理及化學，而且已修讀過工程數學及化工計算等課程。本書內容力求淺易、簡要；筆者才疏學淺，謬誤之處必所難免，尚祈各方先進不吝指教，俾再版時得以更正，不勝感激。

化學工廠中之操作技術，可分類成物理處理與化學處理兩種。早期的化工廠中，物理處理係由機械工程師所負起；至於化學處理，當然是化學師的職責。後來因發現機械工程師與化學師間很難達到合作無間，於是遂有化學工程師之應運而生，而一位受過良好訓練之化學工程師，必須兼備物理、化學及機械方面之豐富學識，如此才能肩負化工廠中裝備之設計、組立及操作。

化學工廠中之各種物理處理，總稱為「單元操作」，其基本原理為「輸送現象」，包括動量、熱及質量等三種輸送。化學工業之種類雖然繁多，但每一化學工業中之物理處理，係屬「單元操作...

自　序

1 緒　論 1
1-1 單位與因次 1
1-2 因次分析 5
1-3 流系之質量結算 10
1-4 流系之能量結算 17
1-5 流系之動量結算 23
符號說明 29
習　題 30

2 流體輸送之基本原理 33
2-1 流體靜力學 33
2-2 液柱壓力計 36
2-3 平均速度與質量流通量 40
2-4 牛頓黏度定律 41
2-5 非牛頓流體 44
2-6 穩態流動 45
2-7 流體之流動方式 45
2-8 雷諾數 46
2-9 殼動量結算與邊界條件 49
2-10 液膜沿垂直壁之層狀流動 50
2-11 兩平行板間之層狀流動 56
2-12 流體在管內之層狀流動 62
2-13 套管中之層狀流動 68
2-14 非牛頓流體在水平圓管中之層狀流動 74
2-15 牽引係數 76
符號說明 81
習　題 83

3 動量輸送 87
3-1 時間導函數 88
3-2 直角坐標系之連續方程式 90
3-3 曲線坐標系之連續方程式 94
3-4 直角坐標系之運動方程式 100
3-5 曲線坐標系之運動方程式 107
3-6 運動方程式之應用 113
3-7 流線與流線函數 117
3-8 繞過圓球之緩慢流動 118
3-9 理想流動 127
3-10 勢流動與Bernoulli方程式 128
3-11 繞過圓柱體之勢流動 134
3-12 邊界層之形成 139
3-13 Prandtl邊界層方程式 141
3-14 越過水平平板之邊界層層狀流動 142
3-15 von Kármán動量積分方程式及其應用 149
3-16 圓管進口處之層狀流動 155
3-17 非穩態層狀流動 158
3-18 擾狀流動序論 166
3-19 擾流中之波動 167
3-20 擾流中之時間平均量 168
3-21 擾流三區域 170
3-22 擾流之連續方程式 171
3-23 擾流之運動方程式 172
3-24 雷諾應力之半實驗式 177
3-25 平滑管內之擾狀流動 179
3-26 越過平板之擾狀流動 186
3-27 圓管中擾流之牽引係數 189
3-28 其他流動系統之牽引係數 196
符號說明 201
習　題 204

4 流體輸送裝置 207
4-1 管、管件及閥 207
4-2 管 208
4-3 管　件 209
4-4 管之接合方法 210
4-5 閥 211
4-6 流體輸送機械 214
4-7 泵 214
4-8 推動氣體之裝置 219
4-9 真空泵 221
符號說明 222
習　題 222

5 流體流量之測定 223
5-1 位移流量計 223
5-2 流速計 224
5-3 皮托管 224
5-4 細腰流量計 227
5-5 孔口流量計 230
5-6 可壓縮流體之衡量 238
5-7 浮標流量計 239
符號說明 242
習　題 244

6 流體輸送之計算 247
6-1 機械能方程式 247
6-2 管線中之摩擦損失 251
6-3 功率計算 256
6-4 流量計算 258
6-5 平行管 260
6-6 可壓縮流體 262
6-7 非圓管與相當直徑 264
符號說明 267
習　題 269

7 流體通過多孔床或粒子床之流動 271
7-1 流體繞過單一固體粒子之流動與單一固體粒子在流體中之沉降 272
7-2 通過粒子靜床或多孔床之單相流動 275
7-3 固體之流體化 282
7-4 最小流體化速度 283
7-5 沸騰床 284
7-6 流體化之最小孔隙度 287
7-7 沸騰床中粒子床之高度 288
7-8 沸騰床中之壓力落差 289
7-9 沸騰床中之流體表面速度 292
7-10 流體化床與靜床之比較 292
7-11 連續式流體化 293
7-12 通過靜床之兩相流動 294
符號說明 294
習　題 296

8 流體之攪拌與混合 297
8-1 混合作用 298
8-2 混合操作之目的 299
8-3 影響混合作用之諸物理性質 300
8-4 混合強度 302
8-5 混合裝置 302
8-6 攪拌器 303
8-7 槳式攪拌器 304
8-8 槳式攪拌器之性能 306
8-9 槳式攪拌器所需之動力 307
8-10 輪機式攪拌器 308
8-11 液體黏度對輪機式攪拌器動力之影響 310
8-12 螺旋槳式攪拌器 310
8-13 壓氣攪拌器 313
8-14 螺旋帶式攪拌器 314
8-15 固體之摻和操作與裝置 315
8-16 捏和操作 315
8-17 捏和裝置 316
8-18 乳化操作 317
8-19 乳化之安定性 318
8-20 乳化裝置 319
習　題 321

9過　濾 323
9-1 過濾裝置 324
9-2 重力濾器 324
9-3 壓濾機 326
9-4 葉濾機 330
9-5 連續式旋轉真空濾機 330
9-6 過濾操作 333
9-7 過濾機之選擇 334
9-8 過濾介質之選擇 334
9-9 過濾理論 335
9-10 不可壓縮過濾之計算 340
9-11 可壓縮過濾之計算 347
9-12 離心過濾 347
符號說明 347
習　題 349

10 離心分離 351
10-1 離心裝置 352
10-2 批式離心機 353
10-3 連續式離心機 356
10-4 自動批式離心機 358
10-5 高速離心機 359
習　題 360

11 機械分離 361
11-1 離　析 362
11-2 沉降定律 363
11-3 等落速粒子 364
11-4 水力離析之理論 365
11-5 水力離析之實際應用 369
11-6 水力離析裝置 371
11-7 框　篩 373
11-8 靜電離析 376
11-9 磁力離析 377
11-10 浮　選 377
11-11 沉析與稠化 378
11-12 集塵與氣體之淨化 379
11-13 水油分離器 385
符號說明 385
習　題 386

附錄A 變換因素及常數 387
附錄B 氣體之黏度 391
附錄C 液體之黏度 393
附錄D 鋼管之尺寸 397

索　引 398

自　序

1 緒　論 1
1-1 單位與因次 1
1-2 因次分析 5
1-3 流系之質量結算 10
1-4 流系之能量結算 17
1-5 流系之動量結算 23
符號說明 29
習　題 30

2 流體輸送之基本原理 33
2-1 流體靜力學 33
2-2 液柱壓力計 36
2-3 平均速度與質量流通量 40
2-4 牛頓黏度定律 41
2-5 非牛頓流體 44
2-6 穩態流動 45
2-7 流體之流動方式 45
2-8 雷諾數 46
2-9 殼動量結算與邊界條件 49
2-10 液膜沿垂直壁之層狀流動 50
2-11 兩平行板間之層狀流動 56
2-12 流體在管內之層狀流動 62
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