輸送現象與單元操作(一)：流體輸送與操作(二版)

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
　　
　　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。