《化工流體力學》是2005年化學工業出版社出版的圖書，作者是戴乾策 、陳敏恆。
基本介紹
- 書名：化工流體力學
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：390頁
- ISBN：9787502573508, 750257350X
- 作者：戴乾策、陳敏恆
- 出版日期：2005年10月11日
- 開本：16開
- 品牌：化學工業出版社
內容簡介,圖書目錄,文摘,
內容簡介
本書在保持第一版特色的基礎上，進行內容增刪，充實更新，加強套用，精煉內容，改進論述，突出重點，使其更便於理解。內容更新著重四個方面：湍流理論與實踐，兩相流、多相流，計算流體力學以及非牛頓流體、高分子流體流變學與流動。
本書在保持第一版特色的基礎上，進行內容增刪，充實更新，加強套用，精煉內容，改進論述，突出重點，使其更便於理解。內容更新著重四個方面：湍流理論與實踐，兩相流、多相流，計算流體力學以及非牛頓流體、高分子流體流變學與流動。 全書分上下兩篇，共10章。 上篇為流體力學基本內容，保持力學自身系統性，與工程套用的結合仍參照初版，主要體現在內容選擇及計算示例；下篇為基本理論的套用，結合現代化工和高新技術發展，確立一些重大命題，較完整地闡述流體力學在其中的套用。 本書可作為化工及相關專業的研究生及高年級本科生的教學用書，也可供化工及相關專業的科研人員參考。
圖書目錄
上篇 流體力學基礎
第1章 流體運動規律的影響因素和研究方法
1.1 流體的物理屬性
1.2 流動空間的幾何特徵，流動問題分類
1.3 引發流體運動的方式、工藝過程的操作條件
1.4 研究流體運動規律的基本途徑
本章主要符號
習題
參考文獻
第2章 流體運動學、理想流體運動
2.1 流體運動的表示方法
2.2 變形的運動學——流體微團運動分析
2.3 連續性方程
2.4 理想流體的運動方程——歐拉方程及其伯努利積分
2.5 二維運動，流函式
2.6 渦旋運動
2.7 無旋運動
2.8 有環量的無旋運動
本章主要符號
習題
參考文獻
第3章 黏性流體力學
3.1 黏性流體的運動方程及其性質與求解
3.2 低雷諾數流理論NS方程近似（一）
3.3 高雷諾數流理論（層流邊界層理論）N-S方程近似（二）
3.4 湍流運動的基本方程與經典湍流理論
3.5 繞流，外部流動
3.6 管流，內部流動
3.7 射流與尾流
3.8 多孔介質中的流動
3.9 湍流參數測量
3.10 湍流擬序結構
本章主要符號
習題
參考文獻
第4章 兩（多）相流動
4.1 氣泡與液滴的形成
4.2 單一液滴/氣泡運動，氣泡動力學
4.3 多顆粒流動
4.4 液膜流動
本章主要符號
習題
參考文獻
第5章 非牛頓流體的流變性與流動
……
第6章 計算流體力學
第7章 流體流動與傳熱、傳質
第8章 流動、混合與化學反應
第9章 生物反應器流體動力學
第10章 聚合物加工中的流動與傳遞
附錄 基本運動方程和牛頓流體應力與應變率的關係式
文摘
書摘
前言
《化工流體力學》於1988年出版，用作研究生教學用書，至今已近20年。這期間流體力學發展、化工技術進步，著者也經歷多年教學、科研實踐，積累了一定經驗和教訓，因而對本書進行修訂已屬必要。經華東理工大學2001年批准，本書修訂作為研究生課程建設立項。本著“保持原有特色，精簡更新，加強套用”的基本思路，組織相關人員，開展工作。歷經兩年多時間，於2005年6月完稿。
新版編寫既是總結過去，更是重新學習，展望未來。或許可以認為，化工流體力學漸趨成熟，不僅是構成化學工程學科的理論基礎，指導設備的強化和最佳化，而且可望逐步用於一些過程和設備的設計，亦即已經包含相當部分的套用技術。化工流體力學將會從研究生的課堂走向企業實踐。基於這樣的認識和體會，對流體力學在化工中套用方面的發展做簡要論述。
一、流體力學化工套用的發展
流體力學是研究流體平衡和巨觀運動規律、以及流體與所接觸物體之間相互作用的一門學科。工業流體力學是其分支，研究工業產品設計、製造和運行中有關流體流動的問題。
化工生產中處理的物料絕大部分是流體或包含固體的多相流體。運用流體力學的基本原理，探討化工設備中流體運動規律及其對化工過程的影響，從而為化工設備的設計、放大、強化奠定理論基礎。這就是化工流體力學的主要內容和目的。例如，了解、研究流體速度、壓力、溫度、密度等在設備內的分布和隨時間的變化，流體中的物體如設備內構件、懸浮顆粒（或液滴、氣泡）與流體之間的相互作用等。HughesHughes R.R.Ind.Eng.Chem1957,49:947在20世紀50年代末提出，運用現代流體力學推動化學工程研究，並初步提出積極套用流體力學的若干化工領域，包括湍流與混合，渦旋流場，液膜穩定性，氣泡與液滴等。最早以化工流體力學(Flaid Mechanics in chemical Engineering)為主題，集中刊登相關論文，見於工業工程與化學雜誌（Industry Engineering & Chemistry），內容涉及熱、質同時傳遞，固定床反應器中的湍流傳遞，流型與傳熱係數預測，設備中流體分布等。1959年列維奇列維奇著戴乾策，陳敏恆譯物理化學流體動力學上海：上海科技出版社，1964物理化學流體力學出版，以小尺度物體在液體中運動為主要對象，並著重物理化學因素對流動的影響。可以認為上述二者對流體力學在化工中的套用起著重要的推動作用。
20世紀50～60年代以來，化工研究者藉助於流體力學，解決化工設備中一些重要的流動問題。較為突出的有，Davis和Taylor液體中大氣泡上升速度用於流化床中氣泡上升速度計算，尾流現象用於兩相模型建立；Rankine渦描述旋風分離器、燃燒室中的基本流型；間斷面概念用於闡明攪拌葉片尾渦形成；流函式泊松方程用於計算鼓泡塔中的循環流動；Toor關於湍流、混合、化學反應關係的研究等。此外一些重要的國際學術會議，例如70～80年代混合操作中的湍流專題討論，揭示了經典湍流統計理論在創建微觀混合模型中的重要套用。這期間化工生產裝置設備大型化，實現高效、低能耗和低物耗；集中控制、自動控制、計算機技術的套用和發展；過程開發、產品開發周期的縮短等，所有這些形成一個基本趨勢：必須深入了解化工過程機理，而不滿足於總體平衡法建立的過程巨觀參數關係。這是促進流體力學套用的客觀基礎，生產實踐的需要是一股強大的動力。20世紀80年代後期，一批流體力學專著問世，適應了深入探討化工中流動問題的需要，例如Azbel化學工程中兩相流Azbel DTwophase Flows in Chemical EngineeringCambridge University Press,1981Cheremisinoff主編Cheremisinoff,NPEncyclopedia of Fluid MechanicsVol 110Gulf publishing Company,1986～1990，1986年至1990年相繼出版的10卷本流體力學叢書，百多個專題廣泛涉及化工生產中的各類流動，包含多相流、非牛頓流等。很大程度上體現了化工中流動問題的特點：設備內構件導致的幾何條件複雜，物系性質、相態多變，多相併伴有組成、溫度變化等。而同一作者在此前（1983）主編的流體運動手冊（Handbook of Fluid in Motion）就其所包含的內容，稱之為化工流體運動手冊亦不為過。此外，20世紀60年代Bird等提出“傳遞現象”並出版專著，均以流體流動作為基礎。這在化工界已是眾所周知。總之，這一時期主要是化工研究者學習、利用流體力學，初見成效。出版了一些較有影響的流體力學著作Denn MMProcess Fluid MechanicsPrenticeHall,Inc,1980，Brodkey RSThe phenomena of Fluid MotionsDover,Mineola NY,1967。
從20世紀80年代中後期開始，流體力學研究者關注化學工程。稍早一些，著名流體力學家BatchelorBatchelor,GKDevolopments in microhydrodynamics,In Theoretical and Applied Mechanics,ed.W.Koiter.North Holland PublComp1977,33～35，Batchelor,GKPerspectives in Fluid DynamicsCambridge press,2000提出發展微水動力學，極大地推動了低雷諾數流體理論（化工流體力學重要組成部分）。在其2000年推出的當代流體力學發展[6]，更是包含了與化學工程密切相關的界面流體力學、流體固化等。一些著名的流體力學著作Victor L Streeter etal.Fluid Mechanics(第九版)包含了傳熱、擴散、化學反應器中的混合等內容；Prandtl’s Essentials of Fluid Mechanics一書是Prandtl逝世後其流體力學著作的後續版本。其中多次提及流體力學在化工中的套用，而在內容的選擇上也包含了傳熱、傳質、多相流、反應流等，這是早期版本中所沒有的。化工設備中流動現象的重要研究成果，大量刊登於流體力學刊物（Journal of Fluid Mechanics）等。Ann Rev Fluid Mech經常刊登化工設備中或是涉及化工過程的流動專題評論。
一些長期以來僅由化學工程界研究的氣液相際傳遞，20世紀80年代之後，由於環境問題，不僅受到流體力學界的關注和參與，還幾乎成了“熱點”賈復關於水氣界面處的氣體傳輸力學進展2000，30(1)：66，Jahne BHHaubeckerAirwater gas exchangeAnnRevFluid Mech，1998,30:443。從而使氣液界面傳遞現象的理解有了突破性進展。在氣/液界面附近也會發生類似於固壁附近的湍流猝發現象。界面附近湍流猝發是表面更新的實質。經典相際傳質模型納入了氣/液界面湍流觀察和研究的範疇，並導出了一些有理論依據的傳質膜係數計算式。有望推動相際傳質理論發展和給予傳質強化以新的啟迪。
流場顯示技術以及計算流體力學的興起，給流體力學化工套用注入新的巨大的活力。瞬時流速，三維空間速度分布、兩相流型、速度等依靠LDA（雷射測速），PIV(粒子圖像測速)，MRI(磁共振成像)等方法，已可有效測量。圖像處理，數據處理使複雜流場亦得以彩色、清晰表征，實現流動的可視化。
計算流體力學在化學工程中的套用已相當普遍，在傳遞過程（計算傳熱、計算傳質）以及反應器（計算反應工程）方面尤為突出。目前攪拌葉輪已可按用戶需求，通過CFD進行設計，大大縮短開發時間。
實驗技術和計算技術的發展，使化工設備流場研究取得突出成就。其中流化床、固定床、鼓泡塔、攪拌槽、填料塔、旋風分離器等流場信息已相當詳盡，雖然工業裝置放大設計方面仍有許多難題，但近十年中取得的進展是令人矚目的。
以固定床為例Prashant RGunjal,Vivek VRanade and Raghunath VChaudhariComputational Study of a Singlephase Flow in paked Beds of spheresAICHEJ,2005,50(2):365，已經獲得軸向、橫向速度分布，Re數對流型影響（空隙空間中的循環），阻力特徵（摩擦阻力占總阻力21%～27%），流動結構對傳熱（顆粒/流體）的影響等，豐富的信息使CFD有望成為固定床反應器的設計工具。
填料塔中的氣/液兩相流JMde Santos,TRMelliLEScrivenMechanics of Gas Liquid Flow in packedBed contactors.Annu.Rev.Fluid.Mech，1991,23：233，巨觀尺度（床尺度）和微觀尺度（孔隙尺度）上的流動行為：脈動流、鼓泡流、噴霧流、溪流、滴流等現象的揭示，毫米級管徑中氣/液兩相行為觀察，毛細現象/慣性支配流動的特徵等流動機理的理解，為掌握填料塔水力學性能、傳質性能提供了新的基礎。用CFD方法定量計算兩相流對規則填料傳質效率的影響，已取得成效。三相床的模擬計算，研究涓流床固體顆粒表面液膜流動和顆粒潤濕、毛細管作用力等，精確預測目前還難以達到，但畢竟邁出了性能預測的重要一步。
概括而言，計算流體力學與流場顯示技術的結合，正在逐步地、有效地改進、加深對各類化工設備中流動現象的理解。這是當前化工流體力學發展最重要的趨勢，未來若干年內，所有單元操作都會在流體力學發展新水平基礎上被重新認識。
二、化工流體力學新版特點
新版全書分為上下兩篇。上篇為流體力學基本內容，保持流體力學自身系統性，所選內容，仍參照初版，考慮與工程套用的結合，並給出一些重要示例。下篇為基本理論的套用，結合現代化工和高新技術發展，確立一些重要命題，較為完整地闡述流體力學在其中的套用。
對經典內容——運動學，渦旋運動，黏性流體運動等改進論述，突出重點，使其便於理解；內容調整、更新著重四個方面：湍流理論與實踐，兩（多）相流，非牛頓流以及計算流體力學。湍流唯象理論、統計理論較初版雖然有刪節，但相對完整；湍流擬序結構作了專題介紹，新增湍流模型。充分顯示了湍流理論所占有的突出位置。多孔介質中的流動，考慮其特點及套用上的重要性，新版作了補充。兩相流論述結構上作了調整，內容仍主要包含氣泡、液滴、液膜、多顆粒基本行為，對多相模型、氣/液兩相流已經成稿，因考慮篇幅而刪節。
物理概念與數學推演的關係既是流體力學中的難點，又是不可迴避的關鍵。有人說，數學對於流體力學有如音符於音樂，沒有音符自然沒有音樂。離開數學，流體力學也幾乎難以存在，所以流體力學包含相當的數學是必須的，新版仍然繼承了這一傳統。基本方程推導，重要方程基本解法，都作了完整的論述，同時對物理意義及方程套用力求詳細解釋。由於計算在當今工程技術中的套用愈顯重要，以及某些概念，離開數學推演也很難理解，因而對迴避和恐懼數學，應該說“不”。儘管如此，數學推演在本書中所占篇幅並不很大，重點還是在物理現象的闡述和分析。
流體力學在化工中的成功套用，案例已經很多，是20年前無法比擬的，這給下篇提供充實的基礎。本書第7章、第8章，分別就流體力學與傳熱、傳質以及混合、反應的關係，這兩個化學工程中最普遍，也最重要的過程現象進行論述。第九、第十兩章選擇生物反應器和聚合物材料加工兩個當前最具生命力的套用領域，介紹流體力學在其中所處位置。由於套用面廣，內容豐富，下篇內容的取捨，除儘量考慮其重要性，學科前沿以及完整性之外，還受著者自身科研實踐經驗的限制，因而下篇套用部分，絕不是流體力學在化工中套用的全部，甚至不是大部，只是一種典型。
三、流體力學在化學工程教學中地位的再認識
流體力學由於其重要性，在工科教育中歷來占有重要位置，但在化工中並不盡然。化工類的本科專業通常不設專門的流體力學課程，只在化工原理課程中包含部分內容，不但內容少，重要的是缺少相關問題處理方法的訓練。化工類碩士研究生也只是部分人選修，這一課程設定與布局，與當前化工流體力學發展水平不相適應，流體力學不再只是簡單幾何條件下複雜的數學推演，已經變得生動、具體、套用廣泛。
計算流體力學是解決實際問題的有用工具，對化工也不例外，但這一工具的有效使用，絕不是惟一地依賴於各類軟體，也就是說，並非學會軟體使用，就學會計算。建立不失真而計算量又許可的湍流模型和兩相流模型，往往是計算成敗的關鍵。因此，流體力學基本原理和認識化工過程特點，兩者的結合便於建立適宜的模型，並在這一基礎上運用數值方法，計算機技術，計算軟體，這是應該遵循的正確途徑。
化工生產中的實際問題相當複雜，試差、經驗地處理問題，會長期存在，擁有豐富的實踐經驗，無疑是必要、珍貴的，隨著科學理論和計算方法的發展，探索新的途徑，提煉新的工作方法，同樣是必要的。
上述觀點難免有失偏頗，而且更有王婆賣瓜之嫌，但仍願在再版前言中寫出來，以冀引起關注，贊同和批評都同樣歡迎。
四、化工流體力學的研究方法與教學方法
研究流體力學規律，有三種方法，即理論解析法，實驗觀測法和數值計算法，三種方法相輔相成。鑒於化工流動問題的特點，化工流體力學成功經驗的啟示，自然特別推薦計算流體力學方法和流場顯示技術的結合。但理論解析法對掌握同類現象的關鍵因素，複雜問題的簡化，模型概念反覆系統的培訓，模型方程的推導，處理方程的若干數學技巧的掌握，具有不可替代的作用；關鍵因素的量綱分析、無量綱化、關鍵作用力的量級比較，對實驗設計，化工實驗裝置和實驗方案建立，實驗數據處理等具有指導作用。結合實際案例，進行研究方法訓練，是本課程教學的重要組成部分。
計算預測日益成為處理工程實際問題的先導，通過流體力學及其它課程進行數學模型教育、實踐，雖然困難，已屬必要。
修訂後的部分章節曾在華東理工大學化學工程專業部分研究生中試講，聽取意見。
南京理工大學陳志華副教授編寫了本書第六章計算流體力學，並為第三章提供初稿；華東理工大學黃髮瑞教授編寫第四章兩相流動。陳劍佩副教授提供第九章初稿，譚文松教授為第九章提供珍貴資料。
本書撰寫過程中，得到曹麗芳同志的支持和幫助，陳劍佩副教授和賈蓉、宗原、李光、蔡清白、黃娟、鄧雲輝、雷長明等參與文獻查閱，有關內容分析、討論、做圖、列印、校對等多項工作。華東理工大學對本書的出版給予了經費支持。化學工業出版社的編輯對本書的出版付出了辛勤的勞動。
大家的共同努力，使本書得以順利出版，對於許多同志和朋友的幫助、鼓勵和支持，作者表示衷心的感謝。對於書中存在的缺點和謬誤，懇請讀者批評指正。
前言
《化工流體力學》於1988年出版，用作研究生教學用書，至今已近20年。這期間流體力學發展、化工技術進步，著者也經歷多年教學、科研實踐，積累了一定經驗和教訓，因而對本書進行修訂已屬必要。經華東理工大學2001年批准，本書修訂作為研究生課程建設立項。本著“保持原有特色，精簡更新，加強套用”的基本思路，組織相關人員，開展工作。歷經兩年多時間，於2005年6月完稿。
新版編寫既是總結過去，更是重新學習，展望未來。或許可以認為，化工流體力學漸趨成熟，不僅是構成化學工程學科的理論基礎，指導設備的強化和最佳化，而且可望逐步用於一些過程和設備的設計，亦即已經包含相當部分的套用技術。化工流體力學將會從研究生的課堂走向企業實踐。基於這樣的認識和體會，對流體力學在化工中套用方面的發展做簡要論述。
一、流體力學化工套用的發展
流體力學是研究流體平衡和巨觀運動規律、以及流體與所接觸物體之間相互作用的一門學科。工業流體力學是其分支，研究工業產品設計、製造和運行中有關流體流動的問題。
化工生產中處理的物料絕大部分是流體或包含固體的多相流體。運用流體力學的基本原理，探討化工設備中流體運動規律及其對化工過程的影響，從而為化工設備的設計、放大、強化奠定理論基礎。這就是化工流體力學的主要內容和目的。例如，了解、研究流體速度、壓力、溫度、密度等在設備內的分布和隨時間的變化，流體中的物體如設備內構件、懸浮顆粒（或液滴、氣泡）與流體之間的相互作用等。HughesHughes R.R.Ind.Eng.Chem1957,49:947在20世紀50年代末提出，運用現代流體力學推動化學工程研究，並初步提出積極套用流體力學的若干化工領域，包括湍流與混合，渦旋流場，液膜穩定性，氣泡與液滴等。最早以化工流體力學(Flaid Mechanics in chemical Engineering)為主題，集中刊登相關論文，見於工業工程與化學雜誌（Industry Engineering & Chemistry），內容涉及熱、質同時傳遞，固定床反應器中的湍流傳遞，流型與傳熱係數預測，設備中流體分布等。1959年列維奇列維奇著戴乾策，陳敏恆譯物理化學流體動力學上海：上海科技出版社，1964物理化學流體力學出版，以小尺度物體在液體中運動為主要對象，並著重物理化學因素對流動的影響。可以認為上述二者對流體力學在化工中的套用起著重要的推動作用。
20世紀50～60年代以來，化工研究者藉助於流體力學，解決化工設備中一些重要的流動問題。較為突出的有，Davis和Taylor液體中大氣泡上升速度用於流化床中氣泡上升速度計算，尾流現象用於兩相模型建立；Rankine渦描述旋風分離器、燃燒室中的基本流型；間斷面概念用於闡明攪拌葉片尾渦形成；流函式泊松方程用於計算鼓泡塔中的循環流動；Toor關於湍流、混合、化學反應關係的研究等。此外一些重要的國際學術會議，例如70～80年代混合操作中的湍流專題討論，揭示了經典湍流統計理論在創建微觀混合模型中的重要套用。這期間化工生產裝置設備大型化，實現高效、低能耗和低物耗；集中控制、自動控制、計算機技術的套用和發展；過程開發、產品開發周期的縮短等，所有這些形成一個基本趨勢：必須深入了解化工過程機理，而不滿足於總體平衡法建立的過程巨觀參數關係。這是促進流體力學套用的客觀基礎，生產實踐的需要是一股強大的動力。20世紀80年代後期，一批流體力學專著問世，適應了深入探討化工中流動問題的需要，例如Azbel化學工程中兩相流Azbel DTwophase Flows in Chemical EngineeringCambridge University Press,1981Cheremisinoff主編Cheremisinoff,NPEncyclopedia of Fluid MechanicsVol 110Gulf publishing Company,1986～1990，1986年至1990年相繼出版的10卷本流體力學叢書，百多個專題廣泛涉及化工生產中的各類流動，包含多相流、非牛頓流等。很大程度上體現了化工中流動問題的特點：設備內構件導致的幾何條件複雜，物系性質、相態多變，多相併伴有組成、溫度變化等。而同一作者在此前（1983）主編的流體運動手冊（Handbook of Fluid in Motion）就其所包含的內容，稱之為化工流體運動手冊亦不為過。此外，20世紀60年代Bird等提出“傳遞現象”並出版專著，均以流體流動作為基礎。這在化工界已是眾所周知。總之，這一時期主要是化工研究者學習、利用流體力學，初見成效。出版了一些較有影響的流體力學著作Denn MMProcess Fluid MechanicsPrenticeHall,Inc,1980，Brodkey RSThe phenomena of Fluid MotionsDover,Mineola NY,1967。
從20世紀80年代中後期開始，流體力學研究者關注化學工程。稍早一些，著名流體力學家BatchelorBatchelor,GKDevolopments in microhydrodynamics,In Theoretical and Applied Mechanics,ed.W.Koiter.North Holland PublComp1977,33～35，Batchelor,GKPerspectives in Fluid DynamicsCambridge press,2000提出發展微水動力學，極大地推動了低雷諾數流體理論（化工流體力學重要組成部分）。在其2000年推出的當代流體力學發展[6]，更是包含了與化學工程密切相關的界面流體力學、流體固化等。一些著名的流體力學著作Victor L Streeter etal.Fluid Mechanics(第九版)包含了傳熱、擴散、化學反應器中的混合等內容；Prandtl’s Essentials of Fluid Mechanics一書是Prandtl逝世後其流體力學著作的後續版本。其中多次提及流體力學在化工中的套用，而在內容的選擇上也包含了傳熱、傳質、多相流、反應流等，這是早期版本中所沒有的。化工設備中流動現象的重要研究成果，大量刊登於流體力學刊物（Journal of Fluid Mechanics）等。Ann Rev Fluid Mech經常刊登化工設備中或是涉及化工過程的流動專題評論。
一些長期以來僅由化學工程界研究的氣液相際傳遞，20世紀80年代之後，由於環境問題，不僅受到流體力學界的關注和參與，還幾乎成了“熱點”賈復關於水氣界面處的氣體傳輸力學進展2000，30(1)：66，Jahne BHHaubeckerAirwater gas exchangeAnnRevFluid Mech，1998,30:443。從而使氣液界面傳遞現象的理解有了突破性進展。在氣/液界面附近也會發生類似於固壁附近的湍流猝發現象。界面附近湍流猝發是表面更新的實質。經典相際傳質模型納入了氣/液界面湍流觀察和研究的範疇，並導出了一些有理論依據的傳質膜係數計算式。有望推動相際傳質理論發展和給予傳質強化以新的啟迪。
流場顯示技術以及計算流體力學的興起，給流體力學化工套用注入新的巨大的活力。瞬時流速，三維空間速度分布、兩相流型、速度等依靠LDA（雷射測速），PIV(粒子圖像測速)，MRI(磁共振成像)等方法，已可有效測量。圖像處理，數據處理使複雜流場亦得以彩色、清晰表征，實現流動的可視化。
計算流體力學在化學工程中的套用已相當普遍，在傳遞過程（計算傳熱、計算傳質）以及反應器（計算反應工程）方面尤為突出。目前攪拌葉輪已可按用戶需求，通過CFD進行設計，大大縮短開發時間。
實驗技術和計算技術的發展，使化工設備流場研究取得突出成就。其中流化床、固定床、鼓泡塔、攪拌槽、填料塔、旋風分離器等流場信息已相當詳盡，雖然工業裝置放大設計方面仍有許多難題，但近十年中取得的進展是令人矚目的。
以固定床為例Prashant RGunjal,Vivek VRanade and Raghunath VChaudhariComputational Study of a Singlephase Flow in paked Beds of spheresAICHEJ,2005,50(2):365，已經獲得軸向、橫向速度分布，Re數對流型影響（空隙空間中的循環），阻力特徵（摩擦阻力占總阻力21%～27%），流動結構對傳熱（顆粒/流體）的影響等，豐富的信息使CFD有望成為固定床反應器的設計工具。
填料塔中的氣/液兩相流JMde Santos,TRMelliLEScrivenMechanics of Gas Liquid Flow in packedBed contactors.Annu.Rev.Fluid.Mech，1991,23：233，巨觀尺度（床尺度）和微觀尺度（孔隙尺度）上的流動行為：脈動流、鼓泡流、噴霧流、溪流、滴流等現象的揭示，毫米級管徑中氣/液兩相行為觀察，毛細現象/慣性支配流動的特徵等流動機理的理解，為掌握填料塔水力學性能、傳質性能提供了新的基礎。用CFD方法定量計算兩相流對規則填料傳質效率的影響，已取得成效。三相床的模擬計算，研究涓流床固體顆粒表面液膜流動和顆粒潤濕、毛細管作用力等，精確預測目前還難以達到，但畢竟邁出了性能預測的重要一步。
概括而言，計算流體力學與流場顯示技術的結合，正在逐步地、有效地改進、加深對各類化工設備中流動現象的理解。這是當前化工流體力學發展最重要的趨勢，未來若干年內，所有單元操作都會在流體力學發展新水平基礎上被重新認識。
二、化工流體力學新版特點
新版全書分為上下兩篇。上篇為流體力學基本內容，保持流體力學自身系統性，所選內容，仍參照初版，考慮與工程套用的結合，並給出一些重要示例。下篇為基本理論的套用，結合現代化工和高新技術發展，確立一些重要命題，較為完整地闡述流體力學在其中的套用。
對經典內容——運動學，渦旋運動，黏性流體運動等改進論述，突出重點，使其便於理解；內容調整、更新著重四個方面：湍流理論與實踐，兩（多）相流，非牛頓流以及計算流體力學。湍流唯象理論、統計理論較初版雖然有刪節，但相對完整；湍流擬序結構作了專題介紹，新增湍流模型。充分顯示了湍流理論所占有的突出位置。多孔介質中的流動，考慮其特點及套用上的重要性，新版作了補充。兩相流論述結構上作了調整，內容仍主要包含氣泡、液滴、液膜、多顆粒基本行為，對多相模型、氣/液兩相流已經成稿，因考慮篇幅而刪節。
物理概念與數學推演的關係既是流體力學中的難點，又是不可迴避的關鍵。有人說，數學對於流體力學有如音符於音樂，沒有音符自然沒有音樂。離開數學，流體力學也幾乎難以存在，所以流體力學包含相當的數學是必須的，新版仍然繼承了這一傳統。基本方程推導，重要方程基本解法，都作了完整的論述，同時對物理意義及方程套用力求詳細解釋。由於計算在當今工程技術中的套用愈顯重要，以及某些概念，離開數學推演也很難理解，因而對迴避和恐懼數學，應該說“不”。儘管如此，數學推演在本書中所占篇幅並不很大，重點還是在物理現象的闡述和分析。
流體力學在化工中的成功套用，案例已經很多，是20年前無法比擬的，這給下篇提供充實的基礎。本書第7章、第8章，分別就流體力學與傳熱、傳質以及混合、反應的關係，這兩個化學工程中最普遍，也最重要的過程現象進行論述。第九、第十兩章選擇生物反應器和聚合物材料加工兩個當前最具生命力的套用領域，介紹流體力學在其中所處位置。由於套用面廣，內容豐富，下篇內容的取捨，除儘量考慮其重要性，學科前沿以及完整性之外，還受著者自身科研實踐經驗的限制，因而下篇套用部分，絕不是流體力學在化工中套用的全部，甚至不是大部，只是一種典型。
三、流體力學在化學工程教學中地位的再認識
流體力學由於其重要性，在工科教育中歷來占有重要位置，但在化工中並不盡然。化工類的本科專業通常不設專門的流體力學課程，只在化工原理課程中包含部分內容，不但內容少，重要的是缺少相關問題處理方法的訓練。化工類碩士研究生也只是部分人選修，這一課程設定與布局，與當前化工流體力學發展水平不相適應，流體力學不再只是簡單幾何條件下複雜的數學推演，已經變得生動、具體、套用廣泛。
計算流體力學是解決實際問題的有用工具，對化工也不例外，但這一工具的有效使用，絕不是惟一地依賴於各類軟體，也就是說，並非學會軟體使用，就學會計算。建立不失真而計算量又許可的湍流模型和兩相流模型，往往是計算成敗的關鍵。因此，流體力學基本原理和認識化工過程特點，兩者的結合便於建立適宜的模型，並在這一基礎上運用數值方法，計算機技術，計算軟體，這是應該遵循的正確途徑。
化工生產中的實際問題相當複雜，試差、經驗地處理問題，會長期存在，擁有豐富的實踐經驗，無疑是必要、珍貴的，隨著科學理論和計算方法的發展，探索新的途徑，提煉新的工作方法，同樣是必要的。
上述觀點難免有失偏頗，而且更有王婆賣瓜之嫌，但仍願在再版前言中寫出來，以冀引起關注，贊同和批評都同樣歡迎。
四、化工流體力學的研究方法與教學方法
研究流體力學規律，有三種方法，即理論解析法，實驗觀測法和數值計算法，三種方法相輔相成。鑒於化工流動問題的特點，化工流體力學成功經驗的啟示，自然特別推薦計算流體力學方法和流場顯示技術的結合。但理論解析法對掌握同類現象的關鍵因素，複雜問題的簡化，模型概念反覆系統的培訓，模型方程的推導，處理方程的若干數學技巧的掌握，具有不可替代的作用；關鍵因素的量綱分析、無量綱化、關鍵作用力的量級比較，對實驗設計，化工實驗裝置和實驗方案建立，實驗數據處理等具有指導作用。結合實際案例，進行研究方法訓練，是本課程教學的重要組成部分。
計算預測日益成為處理工程實際問題的先導，通過流體力學及其它課程進行數學模型教育、實踐，雖然困難，已屬必要。
修訂後的部分章節曾在華東理工大學化學工程專業部分研究生中試講，聽取意見。
南京理工大學陳志華副教授編寫了本書第六章計算流體力學，並為第三章提供初稿；華東理工大學黃髮瑞教授編寫第四章兩相流動。陳劍佩副教授提供第九章初稿，譚文松教授為第九章提供珍貴資料。
本書撰寫過程中，得到曹麗芳同志的支持和幫助，陳劍佩副教授和賈蓉、宗原、李光、蔡清白、黃娟、鄧雲輝、雷長明等參與文獻查閱，有關內容分析、討論、做圖、列印、校對等多項工作。華東理工大學對本書的出版給予了經費支持。化學工業出版社的編輯對本書的出版付出了辛勤的勞動。
大家的共同努力，使本書得以順利出版，對於許多同志和朋友的幫助、鼓勵和支持，作者表示衷心的感謝。對於書中存在的缺點和謬誤，懇請讀者批評指正。
