Thermomechanics of Drying Processes pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Kowalski, Stefan Jan

出品人:

頁數:360

译者:

出版時間:

價格:145

裝幀:HRD

isbn號碼:9783540004127

叢書系列:

圖書標籤:

• 乾燥
• 熱力學
• 傳熱傳質
• 材料科學
• 過程工程
• 流體力學
• 相變
• 建模
• 模擬
• 食品乾燥

乾燥過程的熱力學與機械學：一本深入解析多相傳熱傳質的權威著作 圖書名稱： 《乾燥過程的熱力學與機械學》 (Thermomechanics of Drying Processes) 內容簡介： 本書是一部係統、深入探討乾燥過程所涉及的復雜熱力學、傳熱學、傳質學及相關機械學原理的專業著作。它旨在為材料科學傢、化學工程師、機械工程師以及從事乾燥技術研發和應用的研究人員提供一個全麵而嚴謹的理論框架和實用的分析工具。 乾燥，作為工業生産中最為普遍且關鍵的操作單元之一，其核心在於材料內部水分或其他溶劑的移除。這一過程遠非簡單的熱量輸入和水分蒸發，而是一個高度耦閤的多物理場問題，涉及熱量、質量和動量的傳遞，並伴隨著材料微觀結構的演變和宏觀性能的改變。本書聚焦於解析這些耦閤效應，尤其強調乾燥過程中熱力學驅動力和機械力響應之間的內在聯係。 第一部分：乾燥過程的基礎理論與熱力學驅動力 本書的開篇部分為讀者奠定瞭堅實的理論基礎。我們首先對乾燥過程進行精確的係統定義，並引入乾燥過程的宏觀與微觀視角。 熱力學基礎與相平衡： 詳細闡述瞭水在多孔介質中的熱力學性質，包括蒸汽分壓、活度係數以及液-氣平衡的精確描述。重點分析瞭溫度梯度和濃度梯度如何共同驅動水分的遷移。我們深入探討瞭毛細管力、錶麵張力以及孔隙結構對水分遷移勢能的影響，明確瞭乾燥過程的根本熱力學驅動力。 傳熱學原理在乾燥中的應用： 詳細迴顧瞭對流、傳導和輻射傳熱的理論。針對乾燥係統特有的邊界條件（如恒溫、恒濕、恒濕球溫度等），推導瞭適用的瞬態和穩態傳熱方程。特彆關注瞭濕空氣與固體物料界麵的能量平衡，並對潛熱消耗、顯熱傳遞效率進行瞭量化分析。 傳質學與擴散機理： 這是本書的核心內容之一。我們係統區分瞭不同階段的傳質機製： 1. 恒定速率階段： 重點分析錶麵蒸發，建立基於邊界層理論的傳質模型，計算錶麵傳質係數。 2. 降速階段： 深入研究水分從材料內部嚮錶麵的遷移。詳細討論瞭分子擴散、對流擴散、毛細管流動等多種機製的相對重要性，並引入瞭有效擴散係數的概念，該係數是溫度、濕度和材料孔隙結構復雜的函數。 第二部分：材料結構響應與機械力耦閤 乾燥不僅是能量和物質的轉移，更是對材料結構造成顯著影響的過程。本書的獨到之處在於將熱力學驅動的傳質過程與由此引發的材料結構變化和機械響應緊密結閤。 孔隙結構演變與滲透性變化： 乾燥過程中，材料內部水分的去除導緻孔隙收縮、連通性改變甚至孔壁塌陷。本書利用孔隙度模型和隨機網絡模型，量化瞭水分遷移率（滲透性）如何隨乾燥程度而動態變化。我們引入瞭基於有效介質理論的傳導與滲透性修正模型。 乾燥應力和變形（熱力機械耦閤）： 水分的蒸發伴隨著體積收縮和內部應力的産生。我們構建瞭一個耦閤的場方程組，將熱應力（由溫度梯度引起）和浸潤應力（由水分張力和體積收縮梯度引起）納入考慮。重點分析瞭： 收縮機製： 區分均勻收縮、非均勻收縮（如錶麵硬化效應）和各嚮異性收縮。 應力分布： 預測乾燥過程中物料內部的殘餘應力分布，這是導緻開裂、翹麯和結構破壞的關鍵因素。 裂紋萌生與擴展的力學模型： 基於斷裂力學原理，本書探討瞭乾燥應力超過材料的局部斷裂韌性時，裂紋如何萌生和擴展。我們提供瞭判定裂紋敏感性的無量綱參數，並討論瞭如何通過控製乾燥速率和溫度麯綫來抑製有害的裂紋形成。 第三部分：先進乾燥技術與模型應用 本書的後半部分將理論模型應用於實際的工程問題，重點關注先進和非常規的乾燥技術。 真空乾燥與冷凍乾燥的特殊考量： 真空乾燥： 重點分析低壓環境下水蒸氣的有效傳熱與傳質，以及局部過熱的風險。 冷凍乾燥（升華）： 詳細討論冰晶結構對升華速率的控製作用，以及控製低溫下傳熱和傳質的挑戰，尤其關注産品的“骨架強度”保持。 微波、射頻與超聲輔助乾燥： 探討瞭體積加熱機製如何改變內部溫度和水分分布。通過引入電磁場耦閤與聲場耦閤項，建立描述非均勻加熱下傳熱傳質的廣義模型，並分析這些技術在加速乾燥速率和改善産品質量方麵的潛力與局限性。 數值模擬方法與工程實踐： 最後，本書詳細介紹瞭利用有限元法（FEM）或有限體積法（FVM）求解上述耦閤偏微分方程的數值技術。提供瞭將理論模型轉化為可操作的工程模擬工具的步驟，包括網格劃分、邊界條件設置和收斂性分析，旨在幫助工程師優化實際乾燥器的設計和操作參數。 讀者對象： 本書內容深度適中，理論推導嚴謹，同時兼顧工程應用。它將是研究生、高校教師、乾燥設備製造商的技術人員以及高技術材料（如陶瓷、生物材料、食品和製藥）加工工程師案頭的必備參考書。通過閱讀本書，讀者將能夠從根本上理解乾燥過程的物理本質，並設計齣高效、節能且能保證産品質量的先進乾燥工藝。

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