《材料工程基礎(chǔ)》（第2版）以材料制備與加工過(guò)程中涉及的工程基礎(chǔ)理論為主線，從工程研究方法、工程基礎(chǔ)理論和工程理論應(yīng)用等方面介紹材料工程領(lǐng)域相關(guān)的基本理論及其應(yīng)用。主要內(nèi)容包括量綱分析理論與相似理論、流體力學(xué)基礎(chǔ)、傳熱學(xué)基礎(chǔ)、質(zhì)量傳遞原理、物料干燥、燃料及其燃燒。書中增加了對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)的微視頻講解，可掃碼學(xué)習(xí)。教材注重各部分內(nèi)容之間的邏輯性和整體性，加強(qiáng)對(duì)解決實(shí)際工程問(wèn)題的研究分析方法的介紹。本教材可作為高等學(xué)校材料類各專業(yè)的本科和研究生教學(xué)用書，以及相關(guān)學(xué)科專業(yè)的參考書，也可供材料類工業(yè)領(lǐng)域中從事科研、生產(chǎn)的工程技術(shù)人員參考。
前言
《材料工程基礎(chǔ)》第一版自2016年發(fā)行以來(lái)，承蒙國(guó)內(nèi)廣大同行和讀者的厚愛(ài)，先后印刷多次。本書2018年榮獲中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀出版物獎(jiǎng)·教材獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。同時(shí)，本書作為材料工程基礎(chǔ)國(guó)家精品在線開放課程及國(guó)家級(jí)一流本科課程（線上一流課程）的配套教材，受到大家的廣泛關(guān)注，2022年入選高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材進(jìn)行建設(shè)。
在教材建設(shè)中，以立德樹人的教育目標(biāo)，著力培養(yǎng)價(jià)值為先、能力為重、知識(shí)為基的創(chuàng)新人才，使其能夠很好地適應(yīng)時(shí)代和未來(lái)變化。為此，結(jié)合以學(xué)生為中心的教育理念，吸納第一版發(fā)行以來(lái)同行們提出的有價(jià)值的建議，完善在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的一些不足之處，對(duì)教材進(jìn)行修訂。
第二版在保持第一版體系和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，力求關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，把教材內(nèi)容與信息化技術(shù)結(jié)合，同時(shí)體現(xiàn)能力培養(yǎng)的要求。在教材內(nèi)容上重點(diǎn)修改了123節(jié)量綱的和諧性和完整性、14節(jié)模型研究方法、23節(jié)中的恒定氣流能量方程、322節(jié)導(dǎo)熱微分方程。把拓展和加深的內(nèi)容以*進(jìn)行標(biāo)注，以便讀者根據(jù)不同的學(xué)習(xí)要求進(jìn)行選擇。對(duì)原來(lái)的習(xí)題進(jìn)行修改和更新，增加了習(xí)題答案；同時(shí)增加了以客觀題為主的練習(xí)題，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供支持，培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識(shí)解決和分析問(wèn)題的能力。
為更好地滿足讀者的學(xué)習(xí)需求，以二維碼的形式，對(duì)教材內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)增加了微視頻講解，以幫助讀者更好地理解內(nèi)容。
本書由武漢理工大學(xué)文進(jìn)任主編，謝峻林和朱明參加編寫。第1章由朱明編寫，第2~5章由文進(jìn)編寫，第6章由謝峻林編寫。第2版修改主要由文進(jìn)進(jìn)行。
由于編者學(xué)識(shí)所限，書中難免有疏漏和不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2024年5月
第1版前言
對(duì)材料制備與加工過(guò)程的研究是材料研究領(lǐng)域的一個(gè)主要方面。材料在制備與加工過(guò)程中要經(jīng)過(guò)許多的物理和化學(xué)過(guò)程。不同材料由于其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及工藝要求的不同，制備與加工過(guò)程由各自不同的單元操作過(guò)程組成。但是，無(wú)論哪種材料，其不同生產(chǎn)過(guò)程均需要遵循共同的工程原理，包括流體流動(dòng)（動(dòng)量傳遞）、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞等。圍繞著材料制備與加工過(guò)程中涉及的基本理論和基本知識(shí)，探討需要解決的基本問(wèn)題，是材料工程領(lǐng)域的主要任務(wù)。
材料工程基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的課程體系中一門重要的基礎(chǔ)課程。教材以材料工程共性基礎(chǔ)理論為主線，從工程研究方法、工程基礎(chǔ)理論和工程理論應(yīng)用等方面介紹材料工程領(lǐng)域相關(guān)基本理論及其應(yīng)用。主要內(nèi)容包括量綱分析及相似理論、流體流動(dòng)基本原理及流體輸送機(jī)械、熱量傳遞原理及其應(yīng)用、質(zhì)量傳遞原理、物料干燥原理及技術(shù)、燃料及其燃燒過(guò)程與技術(shù)。
教材對(duì)工程研究方法的基礎(chǔ)量綱分析及相似理論進(jìn)行了較系統(tǒng)地介紹，同時(shí)對(duì)動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的共性進(jìn)行分析，不僅體現(xiàn)了教材中各部分內(nèi)容之間的邏輯性和整體性，也有利于學(xué)習(xí)者理解和掌握實(shí)際工程中的單元操作的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用例子，加強(qiáng)學(xué)習(xí)者分析與解決工程問(wèn)題的能力，增強(qiáng)工程意識(shí)。
本書由武漢理工大學(xué)文進(jìn)任主編，武漢理工大學(xué)謝峻林和朱明參加編寫。第1章由朱明編寫，第2~5章由文進(jìn)編寫，第6章由謝峻林編寫。
教材可作為材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科專業(yè)及其相應(yīng)的二級(jí)學(xué)科專業(yè)的本科教學(xué)用書，以及相關(guān)學(xué)科專業(yè)的參考書，也可供材料類工業(yè)領(lǐng)域中從事科研、生產(chǎn)的工程技術(shù)人員參考。
由于水平有限，書中不完善之處在所難免，敬請(qǐng)同仁和讀者批評(píng)指正，以使本教材日臻完善。
編者
2016年3月
文進(jìn)，武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，教授，黨委書記�？蒲斜尘埃� 武漢理工大學(xué)精品課程教學(xué)名師，國(guó)家精品資源共享課程材料工程基礎(chǔ)的核心骨干教師。作為 材料工程基礎(chǔ)課程的主講教師，多年來(lái)一直參與課程的教學(xué)設(shè)計(jì)和改革。參與編寫教材3本。近5年來(lái)主持并參加湖北省教學(xué)研究與改革項(xiàng)目4項(xiàng)，先后獲得國(guó)家教學(xué)研究成果二等獎(jiǎng)（排名第*二），湖北省研究成果一等獎(jiǎng)（排名第*二），武漢理工大學(xué)教學(xué)成果特等獎(jiǎng)（排名第*二）。
第1章量綱分析理論與相似原理
1.1引言 001
1.2量綱分析原理 002
1.2.1物理量的單位與量綱 002
1.2.2物理量間函數(shù)關(guān)系的結(jié)構(gòu)和定理 006
1.2.3量綱的和諧性和完整性 009
1.2.4量綱分析的指數(shù)法 011
1.2.5量綱分析的矩陣法 014
1.3相似理論基礎(chǔ) 018
1.3.1相似的概念 018
1.3.2相似理論基本定理 024
1.3.3相似準(zhǔn)則的導(dǎo)出方法 026
1.4模型研究方法 033
1.4.1模型實(shí)驗(yàn)的一般原則 033
1.4.2數(shù)據(jù)整理與綜合方法 035
1.4.3實(shí)體模型研究方法* 037
練習(xí)題 039
習(xí)題 039
第2章流體力學(xué)基礎(chǔ)
2.1引言 042
2.1.1流體力學(xué)及其任務(wù) 042
2.1.2連續(xù)介質(zhì)模型 043
2.1.3流體的主要物理性質(zhì) 043
2.1.4作用在流體上的力 049
2.2流體靜力學(xué) 050
2.2.1流體靜壓強(qiáng)及其特性 050
2.2.2流體平衡微分方程 052
2.2.3重力場(chǎng)中的流體靜力學(xué)基本方程 053
2.3流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 059
2.3.1研究流體運(yùn)動(dòng)的方法 059
2.3.2流體流動(dòng)的基本概念 062
2.3.3連續(xù)性方程 065
2.3.4流體運(yùn)動(dòng)微分方程 067
2.3.5能量方程 070
2.3.6動(dòng)量方程* 080
2.4流動(dòng)阻力與能量損失 082
2.4.1流動(dòng)阻力與能量損失的分類 082
2.4.2流體的流動(dòng)狀態(tài) 083
2.4.3圓管中的層流運(yùn)動(dòng) 085
2.4.4管內(nèi)的湍流運(yùn)動(dòng) 088
2.4.5沿程阻力損失 091
2.4.6局部阻力損失 096
2.4.7減少阻力損失的措施 100
2.4.8邊界層 101
2.5管路計(jì)算 103
2.5.1簡(jiǎn)單管路 103
2.5.2串聯(lián)管路和并聯(lián)管路 104
2.6一元?dú)怏w動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)* 107
2.6.1基本概念 107
2.6.2理想流體一元恒定流動(dòng)基本方程 109
2.6.3噴管中的一元流動(dòng) 110
2.7離心式風(fēng)機(jī)與泵 111
2.7.1離心式風(fēng)機(jī)與泵的工作原理 112
2.7.2離心式風(fēng)機(jī)與泵性能參數(shù)和性能曲線 113
2.7.3相似理論在離心式風(fēng)機(jī)與泵中的應(yīng)用 115
2.7.4離心式風(fēng)機(jī)與泵的運(yùn)行及工況調(diào)節(jié) 118
2.7.5離心式泵的氣蝕與安裝高度 121
2.7.6離心式風(fēng)機(jī)與泵的選型 123
練習(xí)題 124
習(xí)題 125
第3章傳熱學(xué)基礎(chǔ)
3.1引言 130
3.1.1熱量傳遞的基本概念 130
3.1.2熱量傳遞的基本方式 132
3.1.3傳熱過(guò)程與傳熱熱阻 134
3.2傳導(dǎo)傳熱 134
3.2.1熱導(dǎo)率 135
3.2.2導(dǎo)熱微分方程 137
3.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 139
3.2.4多維穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱* 148
3.2.5非穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱* 153
3.3對(duì)流換熱 157
3.3.1對(duì)流換熱概述 158
3.3.2熱邊界層 159
3.3.3對(duì)流換熱過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 160
3.3.4對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)計(jì)算式 161
3.4輻射換熱 172
3.4.1熱輻射的基本概念 172
3.4.2熱輻射的基本定律 175
3.4.3黑體間的輻射換熱 179
3.4.4物體間的輻射換熱 183
3.4.5氣體輻射與火焰輻射 191
3.5綜合傳熱過(guò)程與換熱器 196
3.5.1傳熱過(guò)程與復(fù)合傳熱 196
3.5.2換熱器 199
練習(xí)題 203
習(xí)題 204
第4章質(zhì)量傳遞原理
4.1引言 208
4.2質(zhì)量傳遞的基本概念 208
4.2.1混合物組成的表示方法 208
4.2.2傳質(zhì)的速度與通量 210
4.3質(zhì)量傳遞微分方程 212
4.3.1傳質(zhì)微分方程的推導(dǎo) 212
4.3.2傳質(zhì)微分方程的簡(jiǎn)化 214
4.4分子擴(kuò)散 215
4.4.1費(fèi)克定律 215
4.4.2一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散 217
4.5對(duì)流傳質(zhì) 221
4.5.1對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理分析 221
4.5.2濃度邊界層 221
4.5.3對(duì)流傳質(zhì)系數(shù) 222
4.6熱質(zhì)傳遞過(guò)程分析 223
4.6.1水在空氣中蒸發(fā)時(shí)的熱質(zhì)傳遞 223
4.6.2毛細(xì)多孔體的熱質(zhì)傳遞 224
4.7動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的類比 225
4.7.1傳遞過(guò)程分析 225
4.7.2分子傳遞 226
4.7.3湍流傳遞 228
4.7.4動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞的類比 228
練習(xí)題 230
習(xí)題 230
第5章物料干燥
5.1引言 232
5.1.1固體物料的去濕方法 232
5.1.2物料的干燥方法 232
5.2干燥靜力學(xué) 233
5.2.1濕空氣的性質(zhì) 233
5.2.2濕空氣的焓濕圖及應(yīng)用 241
5.2.3濕空氣狀態(tài)的變化過(guò)程 244
5.3干燥過(guò)程分析與計(jì)算 247
5.3.1水分在氣固兩相間的平衡 247
5.3.2干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算 249
5.3.3干燥速率 254
5.4干燥技術(shù) 259
5.4.1干燥設(shè)備的分類和基本要求 259
5.4.2對(duì)流干燥 260
5.4.3傳導(dǎo)干燥 262
5.4.4輻射干燥 263
5.4.5場(chǎng)干燥技術(shù) 263
練習(xí)題 265
習(xí)題 265
第6章燃料及其燃燒
6.1燃料的種類及其組成 267
6.1.1固體燃料 267
6.1.2液體燃料 272
6.1.3氣體燃料 272
6.2燃料的性質(zhì) 274
6.2.1燃料的發(fā)熱量 274
6.2.2煤的特性 276
6.2.3燃料油 278
6.2.4氣體燃料 280
6.3燃燒計(jì)算 281
6.3.1分析計(jì)算 281
6.3.2空氣量和煙氣量的近似計(jì)算 288
6.3.3操作計(jì)算 289
6.3.4燃燒溫度計(jì)算 292
6.4燃料的燃燒過(guò)程 296
6.4.1燃燒過(guò)程的基本理論 297
6.4.2不同燃料的燃燒過(guò)程 302
6.5潔凈燃燒技術(shù) 309
6.5.1燃燒污染與防治 309
6.5.2材料生產(chǎn)中的燃燒新技術(shù) 313
練習(xí)題 315
習(xí)題 316
附錄
附錄1干空氣的物理性質(zhì)（101.325kPa） 318
附錄2飽和水的物性參數(shù) 318
附錄3飽和水蒸氣表 319
附錄4標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下煙氣的物性參數(shù) 322
附錄5氣體的平均比熱容 322
附錄6固體材料的物理性質(zhì) 323
附錄7某些材料在法線方向上的輻射率 326
附錄8常見(jiàn)物系的擴(kuò)散系數(shù) 326
附錄9CO2和水蒸氣輻射率計(jì)算圖 328
參考文獻(xiàn)
書單推薦
