第1章 緒 論

1-1 輸送現象的內涵

1-2 輸送現象的研究層次

1-3 輸送現象的應用

1-4 輸送現象與化學工程

1-5 輸送現象與物質

1-6 質量與能量均衡



第2章 動量傳送

2-1 流體力學發展史

2-2 流體黏性

2-3 真實流體

2-4 靜止流體

2-5 運動流體

2-6 運動描述

2-7 控制體積

2-8 巨觀質量均衡

2-9 巨觀能量均衡(I)

2-10 巨觀能量均衡(II)

2-11 巨觀動量均衡(I)

2-12 巨觀動量均衡(II)

2-13 層流與紊流

2-14 管線設計

2-15 摩擦損失

2-16 流體邊界層

2-17 流體繞過固體

2-18 粒子沉降

2-19 攪拌

2-20 微觀質量均衡

2-21 連續方程式

2-22 微觀動量均衡

2-23 運動方程式

2-24 不可壓縮牛頓流體的運動

2-25 紊流中的運動方程式

2-26 流場分析

2-27 無因次的運動方程式

2-28 緩流

2-29 白努利定理

2-30 速度勢與流函數

2-31 渦流

2-32 環流

2-33 邊界層理論

2-34 邊界層剝離

2-35 流固作用力

2-36 康達效應

2-37 馬格努斯效應

2-38 套管內的流動

2-39 管件

2-40 離心泵

2-41 正位移泵

2-42 壓氣機

2-43 流量計

2-44 皮托管與浮子流量計

2-45 差壓式流量計

2-46 因次分析法

2-47 計算流體力學

2-48 數值模擬

2-49 模擬流程

2-50 有限體積法



第3章 熱量傳送

3-1 熱力學概念

3-2 熱傳遞概念

3-3 傳導與對流

3-4 熱輻射

3-5 熱傳導原理－傅立葉定律

3-6 複合平板中的熱傳導

3-7 管壁熱傳導

3-8 球殼熱傳導

3-9 熱對流

3-10 熱邊界層

3-11 強制對流

3-12 圓管內的熱對流

3-13 固體外的強制對流

3-14 自然對流

3-15 相變化的熱傳

3-16 微觀能量均衡

3-17 能量均衡方程式

3-18 發熱固體與散熱固體

3-19 非穩定態的熱傳

3-20 非穩態熱傳之近似分析

3-21 熱傳現象與流體力學的耦合

3-22 熱傳裝置

3-23 套管式熱交換器

3-24 相變化的熱交換器

3-25 殼管式熱交換器

3-26 熱交換器效能

3-27 蒸發

3-28 蒸發器



第4章 質量傳送

4-1 質量傳遞概論

4-2 擴散

4-3 對流

4-4 微觀質量均衡

4-5 等莫耳相對擴散系統

4-6 不等莫耳質傳系統

4-7 伴隨化學反應的質傳系統

4-8 一成分靜止的質傳系統

4-9 多成分系統

4-10 電場中的質傳系統

4-11 液相與固相質傳系統

4-12 動態質傳系統

4-13 界面質傳系統

4-14 質量均衡之無因次化

4-15 固體外的層流式質傳

4-16 固體外的紊流式質傳

4-17 膜理論

4-18 雙膜理論

4-19 巨觀質量均衡

4-20 巨觀暫態質傳程序

4-21 網絡質傳系統

4-22 擴散係數



第5章 總 結

5-1 輸送現象的相似性

5-2 邊界層的相似性

5-3 輸送現象的微縮

5-4 輸送現象的延伸

5-5 輸送現象總結



附錄

參考資料、延伸閱讀



?

序



　　「天之道，損有餘而補不足，是故虛勝實，不足勝有餘。其意博，其理奧，其趣深，天地之象分，陰陽之候列，變化之由表，死生之兆彰…。」此乃已故武俠文學大師金庸於《射鵰英雄傳》內設定的九陰真經總綱，吸引書中人物醉心追逐，「損有餘而補不足」，完全對應了輸送現象的根基，故為天之道，且為變化之由表。這意味了輸送現象原理早已深植人心，從古至今。



　　然而，科學的發展無法只憑定性研究，還需要定量思索，因而歐洲能在文藝復興後，延續科學革命，從全球文明躍進中脫穎。在長達三世紀的努力中，伽利略留下經典名言：「自然這部書，只能被那些通曉其中所用語言的人閱讀，而此語言正是數學。」愛因斯坦也留下經典名句：「物理學的書，總充滿著複雜的數學式，但每個理論的開端卻是思想和觀念，只是這些構想在日後，必須採取某種數學型式，才可能與實驗對照。」前人倡導的建構學習模式，值得讀者深思。



　　《圖解輸送現象》定位於工程科系學生理解相關物理的入門資料，適用對象的專業背景包括機械工程系、化學工程系、環境工程系、土木工程系、航太工程系、海洋工程系、大氣科學系，各系可能拆分成流體力學、熱傳遞、質量傳遞等課程，但皆屬本書範疇。書末將會介紹輸送現象的經典中外文典籍，提供進階學習者延伸閱讀，精益求精。



　　輸送現象是系統性的學術，歷經眾多前輩的羅織歸納，儼然脈絡清晰，條理分明，讀者翻閱傳統教科書時，應已知「其意博」。然而，本書秉持段落式學習，逐節闡明前人耙梳過的條理，以文圖互搏的陳述方式，期於讀者驟然浮現「其理奧」的陰影前，頓然體悟「其趣深」的融通感。本書篇幅有限，加上定位精簡，文中各種輸送現象主題皆以最扼要的方式呈現，時而現象說明眾多，時而算式闡釋滿目，盼能秉持工程領域中有「理」有「據」的原則，訓練讀者兼具定性原「理」分析和定量數「據」推理的能力。



　　筆者多年從事輸送現象與工程數學的教學，有感於學生想深入主題時的學習障礙，以及面對考試時的挫折無奈。在全球處於科技迅速發展、產業大幅轉變、環境嚴峻變遷的時代，工程學系規劃的核心能力必須能面對上述議題，致使學習動機生硬，不一定能帶來正向回饋的學習效益，故有一派專家倡議科學與藝術的結合，將美感的鑑賞引入科學工程教育中，化怨懟成趣味。在輸送現象領域，筆者至少能察覺到兩種美感，一抽象一具象。抽象的是方程式的簡潔之美，透過向量與張量，經由梯度、散度與旋度，自然世界與人類智慧繼而融合成滿載模型的烏托邦；具象的是物理流動的變異之美，模擬軟體的可視之美，協助流場躍然紙上，促使速度場、溫度場和濃度場繪成各派畫作，從印象派到野獸派，從表現主義到立體主義，古典力學與工程設計終而羽化成饒富趣味的藝術品。抽象性的規律、具象性的扭曲，都值得欣賞，讀者可以不擔任創作者，但仍能成為鑑賞家。



　　對於工程議題的學習，盼讀者能從歐陽鋒本末倒置的蠻橫方法中尋求轉變，師法洪七公辨義理的決斷、一燈大師求澈悟的修為、周伯通淡泊名利的豁達、黃藥師欣賞藝術的品味。以虛勝實，以不足勝有餘，自然哲學將順理成章地「輸送」至腦內。