کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم)

کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم) نوشته جیمز ولتی، گرگوری رورر و دیوید فوستر و ترجمه احسان صالحی و مهدی عسکری ادامه‌ی متنی است که به‌صورت یکپارچه سه حوزه‌ی انتقال اندازه‌ی حرکت، انتقال حرارت و انتقال جرم را در قالب یک چارچوب مفهومی مشترک بررسی کرده است. نشر آوند دانش این کتاب را منتشر کرده است. ناشر توضیح داده است که این اثر به‌عنوان نسخه‌ی دانشجویی یکی از ویرایش‌های جدید کتاب ولتی انتخاب شده تا همزمان با نسخه‌ی انگلیسی در اختیار جامعه‌ی دانشگاهی پارسی‌زبان قرار بگیرد. این جلد به‌طور خاص بر مبانی و معادلات انتقال حرارت و انتقال جرم، شکل‌های مختلف هدایت، جابه‌جایی و تشعشع و نیز معادلات دیفرانسیلی حاکم بر این فرایندها تمرکز دارد. مثال‌ها، مسائل انتهایی و سؤالات مفهومی کوتاه در پایان هر بخش، اثر را به متنی آموزشی برای دانشجویان مربوطه تبدیل کرده است. نسخه‌ی الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم)

کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم) با تکیه‌ بر متن اصلی به قلم جیمز ولتی، گرگوری رورر و دیوید فوستر، ادامه‌ی مسیری است که در ویرایش‌های مختلف این اثر برای آموزش منسجم پدیده‌های انتقال در مهندسی ترسیم شده است. در مقدمه‌ی ویرایش ششم توضیح داده شده است که از نخستین چاپ کتاب، کاربرد مفاهیم پایه‌ای مهندسی در فناوری‌های نو مانند چاپگرهای پاششی، راکتورهای شیمیایی کوچک‌مقیاس و فرایندهای زیستی گسترش یافته، اما ساختار مفهومی انتقال اندازه‌ی حرکت، حرارت و جرم همچنان ثابت مانده است.

نویسندگان تأکید کرده‌اند که این متن برای دانشجویان سال‌های میانی و پایانی رشته‌های مهندسی نوشته شده است؛ دانشجوهایی که پیش‌نیازهایی مانند حساب دیفرانسیل و انتگرال، موازنه‌ی جرم و انرژی و آشنایی مقدماتی با معادلات دیفرانسیل را گذرانده‌اند و می‌توانند بخشی از مسائل را با نرم‌افزارهای محاسبات عددی حل کنند. این کتاب بر انتقال حرارت و انتقال جرم تمرکز کرده است. در پایان هر فصل، سؤالات مفهومی شماره‌گذاری‌شده و مجموعه‌ای از مسائل محاسباتی، خواننده را به استفاده‌ی فعال از معادلات وادار می‌کند. عنوان کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم) در زبان مبدأ عبارت است از: Fundamentals of momentum, heat and mass transfer.

خلاصه کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم)

در بخش‌های ارائه‌شده از کتاب اصلی، ابتدا فصل مبانی انتقال حرارت، تصویر کلی از سه سازوکار اصلی انتقال انرژی ارائه کرده است. هدایت به‌عنوان پدیده‌ای مولکولی توضیح داده شده که در آن انرژی از نواحی با دمای بالاتر به نواحی با دمای پایین‌تر از طریق برهم‌کنش مولکولی و در جامدات فلزی از طریق الکترون‌های آزاد منتقل می‌شود. قانون فوریه به‌صورت برداری و یک‌بعدی معرفی شده و هدایت حرارتی به‌عنوان ضریبی که نقش آن در هدایت مشابه نقش لزجت در انتقال مومنتوم است، تفسیر شده است. سپس با استفاده از تئوری جنبشی گازها، وابستگی هدایت حرارتی گاز به دما، جرم مولکولی و قطر مولکولی بررسی شده و رابطه‌ی ویدمن‌ـ‌فرانز‌ـ‌لورنز پیوند میان هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی در جامدات را نشان داده است.

در ادامه‌ی همین فصل، جابه‌جایی به‌عنوان تبادل انرژی بین سطح جامد و سیال مجاور معرفی و تفاوت جابه‌جایی اجباری و طبیعی، نقش لایه‌ی مرزی آرام نزدیک سطح و مفهومِ ضریب فیلم انتقال حرارت توضیح داده شده است. قانون سرمایش نیوتن، تعریف ضرایب موضعی و متوسط انتقال حرارت و بازه‌های تقریبی این ضرایب برای حالت‌های مختلف (هوای ساکن، جریان آب، جوشش و میعان) ارائه شده است. سپس تشعشع حرارتی با قانون استفان‌ـ‌بولتزمن برای جسم سیاه معرفی و تأکید شده است که انتقال تابشی برای انتشار به محیط مادی نیاز ندارد و در خلأ بیشینه است.

کتاب در بخش مکانیزم‌های ترکیبی نشان می‌دهد که در سیستم‌های واقعی معمولاً هدایت، جابه‌جایی و تشعشع همزمان حضور دارند و با استفاده از مفهوم مقاومت حرارتی و تشبیه به مدارهای الکتریکی، نرخ انتقال حرارت در دیوارهای مرکب، لوله‌های عایق‌دار و سیستم‌های چندلایه محاسبه شده است. ضریب انتقال حرارت کلی و ضریب شکل نیز معرفی شده‌اند. فصل معادلات دیفرانسیلی انتقال حرارت، از قانون اول ترمودینامیک برای یک حجم کنترل دیفرانسیلی شروع کرده و با محاسبه‌ی جداگانه‌ی نرخ خالص گرمای ورودی، کار محوری، کار لزجتی، شار انرژی از سطح و تغییرات انرژی درون حجم، معادله‌ی انرژی را در حالت کلی به‌ دست آورده است. سپس با استفاده از معادله‌ی پیوستگی و فرض تراکم‌ناپذیری، شکل ساده‌تر معادله‌ی انرژی نوشته و تابع اتلاف لزجتی معرفی شده است.

شکل‌های ویژه‌ی معادله‌ی انرژی برای سیال تراکم‌ناپذیر بدون منبع، جریان هم‌فشار و حالت بدون حرکت سیال استخراج شده و برای حالت صرفاً هدایتی، معادله‌ی میدان فوریه، معادله‌ی پواسن و معادله‌ی لاپلاس معرفی شده‌اند. این معادلات در مختصات کارتزین، استوانه‌ای و کروی بازنویسی شده و نقش شرایط اولیه و مرزی (سطح هم‌دما، سطح عایق، ترکیب هدایت و جابه‌جایی در مرز) با مثال‌هایی مانند مخزن کروی حاوی پسماند رادیواکتیو توضیح داده شده است.

در فصل هدایت پایا، کتاب از معادله‌ی لاپلاس شروع کرده و حالت‌های یک‌بعدی را برای دیوار مسطح، استوانه‌ی بلند توخالی و کره‌ی توخالی بررسی کرده است. برای دیوار مسطح، توزیع دما خطی و شار حرارتی ثابت به‌ دست آمده و مفهوم مقاومت حرارتی دیوار معرفی شده است. سپس دیوارهای مرکب چندلایه و ترکیب مسیرهای سری و موازی هدایت بررسی و نشان داده شده است که چگونه می‌توان با استفاده از مقاومت‌های معادل، نرخ انتقال حرارت و دمای سطوح مشترک را محاسبه کرد. در پایان، حالت هدایت حرارتی متغیر با دما با یک مدل خطی برای وابستگی / به دما معرفی شده است.

چرا باید کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم) را بخوانیم؟

کتاب مفاهیم اساسی انتقال اندازه حرکت، حرارت و جرم (جلد دوم) به کسانی که در میانه‌ی مسیر آموزش مهندسی هستند، امکان می‌دهد سه حوزه‌ی مهم انتقال را در یک چارچوب مشترک ببینند و بین معادلات، ضرایب و مفاهیم در سیالات، حرارت و جرم ارتباط برقرار کنند. این اثر نشان می‌دهد چگونه می‌توان از قانون اول ترمودینامیک به معادله‌ی انرژی رسید و سپس آن را برای هندسه‌ها و شرایط مختلف ساده کرد. این ساختار، درک مرحله‌به‌مرحله‌ی معادلات را آسان‌تر می‌کند. ویژگی دیگر این کتاب پیوند مداوم بین تفسیر فیزیکی و بیان ریاضی است. همچنین سؤالات مفهومی شماره‌گذاری‌شده در کتاب، دانش‌جو را وامی‌دارد بعد از هر بخش، نکات کلیدی را بازبینی کند و مسائل انتهایی فصل‌ها، امکان تمرین محاسباتی و مدل‌سازی را فراهم کرده است.

خواندن این کتاب را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

مطالعه‌ی این کتاب به دانشجویان مهندسی شیمی، مهندسی مکانیک، مهندسی محیط‌زیست، بیوشیمی و دیگر گرایش‌هایی که در برنامه‌ی درسی خود درس پدیده‌های انتقال، انتقال حرارت یا انتقال جرم را دارند، پیشنهاد می‌شود. همچنین اثر حاضر به مدرسانی که به‌دنبال متنی برای تدریس همراه با مثال‌های عددی، مسائل انتهایی و سؤالات مفهومی هستند و پژوهشگرانی که نیاز دارند معادلات انرژی و هدایت را در هندسه‌های مختلف مرور کنند، توصیه می‌شود.