两相流与传热研究

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出版者:西安交通大学出版社
作者:陈听宽
出品人:
页数:375
译者:
出版时间:2004-12
价格:38.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787560518923
丛书系列:
图书标签:
  • 两相流
  • 传热
  • 流体力学
  • 传热学
  • 工程热物理
  • 沸腾
  • 冷凝
  • 多相流
  • 热工
  • 传热分析
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具体描述

本书系统地阐述了作者及其研究集体在两相流与传热学科所进行的研究工作。其内容包括两相临界流、两相流不稳定性、受热沸腾管传热恶化、相变传热及传热强化、反应堆失水事故半冷凝回流、热冲击瞬态传热、油水气两相及多相流、两相流测量等。研究工作的重点针对超临界锅炉传热与水动力、核电站安全的热工与水力、石化系统换热设备传热强化及油及生产与输运中的两相多相流。书中阐明的研究成果对上述领域的设计与运行有重要的应用价值,对其他相关领域也有参考作用。本书可供事两相流与传热的工程技术人员、科学研究人员和高校相关专业的师生及研究生参考。

固体力学前沿:结构分析与材料行为 本书导论 本书深入探讨了固体力学领域的前沿课题,涵盖了从宏观结构响应到微观材料行为的广泛内容。在现代工程实践中,对结构安全性和材料性能的精确预测是至关重要的,本著作旨在为研究人员、工程师和高年级学生提供一个系统、深入的理论框架和实际应用指南。我们着重于建立严谨的数学模型,并结合先进的计算方法来解决复杂的力学问题。 第一部分:基础理论与本构关系 本部分为后续高级主题奠定坚实的理论基础。我们首先回顾了经典的连续介质力学,重点梳理了应力与应变张量的定义、平衡方程以及几何方程。不同于流体力学中的描述,固体力学的核心在于描述材料在受力下的永久或可恢复变形。 1.1 线性弹性理论的再审视与推广 线性弹性理论是固体力学的基石,但其适用范围有限。本书详细阐述了线弹性材料的本构关系,包括各向同性、正交异性及一般线性弹性体的应力-应变关系。我们引入了弹性模量、泊松比等关键参数,并通过能量原理,如应变能密度函数,来导出这些关系。 随后,我们将讨论线性弹性理论的局限性,并过渡到更广义的描述。这包括对小变形假设的严格讨论,以及在何种情况下必须引入几何非线性来准确捕捉结构行为,例如屈曲和接触问题。 1.2 粘弹性与粘塑性:时间依赖性 在描述高分子材料、岩土工程以及高温结构时,材料的时间依赖性不可忽视。粘弹性本构模型是处理这类问题的关键。我们详细介绍了基于经典模型(如开普勒模型、麦克斯韦模型)的推广,重点讨论了松弛时间和蠕变的数学描述。通过应用拉普拉斯变换和卷积积分,我们展示了如何求解时变载荷下的粘弹性响应。 粘塑性理论则处理了材料在屈服后,变形速率与应力水平相关的现象。本书引入了运动硬化和随动硬化的概念,并讨论了如何将塑性流动法则与粘性效应相结合,以更真实地模拟材料在动态载荷下的性能退化。 1.3 损伤力学与断裂:材料的失效 材料的宏观性能最终受限于微观尺度的损伤积累和扩展。本章聚焦于连续介质损伤力学(CDM),建立描述材料内部微裂纹萌生和演化的标量或张量损伤变量。我们推导了损伤演化方程,并将其耦合到应力-应变关系中,从而能够模拟材料刚度的退化过程。 在断裂力学方面,我们超越了经典的格里菲斯理论,深入研究了弹塑性断裂力学。重点讨论了J积分在评估裂纹尖端塑性区域能量释放率中的作用,以及内聚力模型(Cohesive Zone Model, CZM)在模拟裂纹成核、扩展和最终断裂过程中的应用,特别是对复合材料界面失效的分析。 第二部分:高级结构分析与非线性问题 本部分将理论应用于复杂的工程结构,重点关注非线性现象的数值模拟和分析方法。 2.1 有限元方法在固体力学中的高级应用 有限元法(FEM)是现代结构分析的核心工具。本书不仅复习了基本单元的构建和刚度矩阵的形成,更深入探讨了非线性有限元的挑战与解决方案。 几何非线性: 详细分析了应变张量的平方项对刚度矩阵的影响,并阐述了牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)迭代法在求解平衡方程中的具体步骤,包括应力更新和切线刚度矩阵的构建。 材料非线性: 结合第一部分讨论的粘塑性或损伤模型,展示了如何在有限元框架内实现隐式时间积分(如向后欧拉法)和一致切线刚度的计算,以确保数值解的稳定性和精度。 2.2 结构稳定性与屈曲分析 结构稳定性是工程设计中的关键考量。我们从欧拉公式出发,系统地分析了轴压杆件的屈曲行为。随后,我们将分析扩展到板和壳结构,引入了本征值屈曲分析(线性屈曲)和后屈曲分析(非线性屈曲)。 特别地,本书强调了初始几何缺陷对结构临界载荷的敏感性。我们利用弧长法(Arc-Length Methods)等非线性求解技术,精确追踪结构在接近临界点时的非线性平衡路径,并讨论了对称性破缺对屈曲模式的影响。 2.3 接触力学与界面相互作用 当两个或多个物体发生机械接触时,问题变得高度复杂,因为接触的区域和状态是未知的先验信息。本书详细介绍了接触力学的基本原理,包括卡门-塔尔蒂(Karmán-Talty)接触条件(无穿透、无滑移或摩擦)。 我们重点讨论了如何将接触约束纳入有限元框架。这通常涉及变分不等式的求解。对于摩擦接触问题,我们介绍了基于罚函数法和增广拉格朗日法的数值实现,并讨论了如何处理接触面上的应力奇异性问题。 第三部分:动态响应与高级建模 本部分关注时间依赖的载荷作用下结构的响应,并探讨了复合材料和随机载荷下的分析方法。 3.1 结构动力学与模态分析 本书对结构动力学进行了深入的探讨。从自由振动分析开始,推导出结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。模态分析(特征值问题)是理解结构固有频率和振型分布的基础。我们详细分析了模态叠加法在响应分析中的应用,及其对计算效率的提升。 对于粘性阻尼和结构阻尼,我们讨论了Rayleigh阻尼的适用性及其局限性,并介绍了更具物理意义的阻尼建模方法。 3.2 随机振动与可靠性分析 在实际工程中,载荷(如风、地震或机械振动)往往是随机的。本书介绍了处理随机载荷的随机振动理论。我们使用功率谱密度(PSD)函数来描述载荷的统计特性,并利用模态分析来计算结构的均方根响应、峰值响应和疲劳损伤概率。 随机有限元法(S-FEM)被引入,以应对材料参数和几何尺寸中的不确定性,从而进行结构可靠性评估。 3.3 复合材料与损伤演化 复合材料因其高比强度和设计灵活性,在航空航天和土木工程中应用日益广泛。本书系统地推导了层合板理论(包括经典层合板理论CLT和更精确的剪切变形理论SDT),以确定其等效的宏观弹性常数。 针对复合材料的失效,我们详细分析了层间脱粘和纤维断裂的机制,并介绍了 Tsai-Wu, Tsai-Hill 等失效准则的应用,以及如何将这些微观失效模型耦合到宏观结构分析中。 结语 本书力求在理论深度和工程实用性之间取得平衡。通过对这些复杂主题的系统阐述,我们希望读者能够掌握现代固体力学分析的精髓,为解决下一代工程挑战做好准备。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我之所以对《两相流与传热研究》这本书感到兴趣,主要是因为它触及了我研究领域中一个非常核心但又极其复杂的问题。在我所从事的材料科学研究中,很多材料的制备过程,比如熔融加工、热处理、以及某些化学气相沉积过程,都不可避免地涉及多相物质的流动和热量传递。我希望这本书能够为我提供一套严谨的理论工具,来分析和预测这些过程中可能出现的复杂现象。例如,在高温熔融状态下,金属熔液和保护气体之间的对流换热,以及熔液内部可能产生的凝固和再熔化过程,都涉及到两相流与传热的耦合。我希望书中能够提供一些关于如何模拟这些复杂过程的数值方法,以及如何通过改变工艺参数来优化材料的微观结构和性能。我也对书中是否能介绍一些关于新型材料制备过程中两相流与传热的新兴研究方向感兴趣。例如,在3D打印金属材料的过程中,熔融金属的流动、冷却以及气体的卷入,都会严重影响最终产品的致密性和力学性能。如果书中能对这些方面进行深入探讨,并提供相关的理论模型和实验验证,那将对我非常有价值。另外,我也希望书中能介绍一些先进的测量技术,用于在高温高压等极端环境下测量两相流的参数和传热特性。这些技术手段,对于验证理论模型和指导实验设计至关重要。总而言之,我期待这本书能够成为我理解并解决材料制备过程中两相流与传热问题的得力助手。

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作为一名对航空航天领域充满向往的读者,《两相流与传热研究》这个书名立刻吸引了我的注意。我深知,在极端环境下,如高空飞行或火箭发射过程中,两相流与传热现象扮演着至关重要的角色。我希望这本书能够为我深入揭示这些挑战。例如,在火箭发动机中,推进剂(通常是液态燃料和氧化剂)的混合、雾化、燃烧以及燃烧产物的流动,都伴随着复杂的多相流和剧烈的传热过程。我希望书中能够提供一些关于如何模拟和优化这些过程的理论模型和数值方法,以提高发动机的性能和可靠性。我还对在飞行器内部的冷却系统感兴趣,例如,在高空低温环境下,如何有效地管理电子设备的散热?液态冷却剂在狭小空间内的流动和相变,是否会受到重力变化的影响?书中能否介绍一些在失重或变重力环境下两相流与传热的特殊性?此外,我也对书中是否能涉及一些与航天器表面热控制相关的内容感兴趣,例如,在真空环境下,如何通过辐射和蒸发等方式来维持航天器的温度平衡?如果书中能介绍一些关于新型隔热材料或相变材料在航天器热控制中的应用,那将令我兴奋。总而言之,我期待这本书能够为我打开一扇通往航空航天科学殿堂的窗户,让我能够理解并欣赏那些在极端条件下克服挑战的工程智慧。

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说实话,我一开始接触《两相流与传热研究》这本书,纯粹是出于一种“知己知彼”的心态。我所在的行业,虽然不直接涉及复杂的两相流体,但其衍生的技术和理论,却在一些关键的设备和工艺中扮演着至关重要的角色。例如,我们公司的某些高精度制造设备,其冷却系统就必须依赖于高效稳定的热量管理,而这就需要对其中的冷却介质(通常是混合了气体的液体)的流动和传热特性有深入的理解。我希望这本书能够为我提供一些“宏观”的视角,让我了解整个领域的研究现状和发展趋势,以便我能更好地与供应商或合作方沟通,并对引进的新技术有一个初步的判断。我尤其关注书中是否能对不同类型的两相流模型进行比较和评述,比如欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型等,以及它们各自的适用范围和优缺点。了解这些模型,能帮助我更好地理解复杂问题的建模思路。此外,我也希望书中能够介绍一些关于两相流传热的数值模拟软件的常用算法和技巧,例如如何处理相变、如何选择合适的湍流模型等。这对于我评估外部技术方案的可靠性,以及在需要时进行一些初步的验证分析,都将大有裨益。我并非一个理论研究者,更关注的是如何在实际工作中“学以致用”,所以,如果书中能够提供一些关于如何评估和选择两相流传热解决方案的实用建议,例如从成本、效率、可靠性等多个维度进行考量,那将对我非常有帮助。

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作为一个对物理过程细节充满好奇的读者,我被《两相流与传热研究》这本书的标题深深吸引。我理解,两相流不仅仅是两种物质的简单混合,而是一个涉及复杂界面动力学、相变动力学以及多相流体相互作用的精妙过程。我希望这本书能够深入探讨这些微观机制,并将其与宏观的传热现象联系起来。例如,在沸腾过程中,蒸汽泡的成核、生长、脱离以及它们在传热表面上的分布,对整体的传热系数有着怎样的影响?在冷凝过程中,液滴的形成、聚结以及流动,又会如何改变传热的效率?我希望书中能提供一些详细的数学模型,来描述这些微观现象,并解释它们是如何影响宏观传热特性的。我也对不同类型的两相流流动模式(如泡流、弹状流、环状流)如何影响传热特性感兴趣。书中能否通过实验数据和数值模拟结果,来清晰地展示不同流动模式下的传热机制和效率差异?此外,我还希望书中能探讨一些非常规的传热增强技术,例如利用超声波、电场等外部激励手段来影响两相流的流动和传热过程。这些前沿的研究方向,正是激发我探索更深层科学奥秘的动力。总而言之,我期待这本书能够为我提供一个深入理解两相流与传热之间复杂联系的平台,让我能够从微观到宏观,全方位地认识这一重要科学现象,并从中获得新的研究灵感。

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在我看来,一本书的价值,往往体现在它能否激发读者去探索更深层次的科学奥秘。《两相流与传热研究》这个书名,虽然听起来偏向工程应用,但它背后所蕴含的物理原理,对我这样对基础科学有浓厚兴趣的读者来说,具有莫大的吸引力。我一直在思考,在我们所生活的自然界中,有多少现象是两相流与传热共同作用的结果?比如,云的形成和降雨过程,土壤中的水分迁移,地壳深处的岩浆活动,甚至是宇宙中的星云形成,都可能涉及到复杂的两相流和能量交换。我希望这本书能够从更基础、更普适的物理层面来解读这些现象。我期待书中能够探讨两相流动的基本守恒定律,如质量守恒、动量守恒和能量守恒,并介绍如何将这些定律应用于描述不同尺度的流动现象,从微观的泡核沸腾到宏观的天气系统。此外,对于界面现象的深入研究,例如表面张力、润湿性以及界面处的能量平衡,也正是我一直想要深入了解的。如果书中能够提供一些数学模型,帮助我理解这些界面现象的定量描述,那将是非常宝贵的。我也希望书中能涉及一些统计力学或概率论的视角,来分析两相流动的随机性和涨落行为,这对于理解混沌现象或复杂系统的演化具有重要意义。总之,我希望这本书能为我提供一个坚实的理论基础,让我能够从更根本的层面去理解两相流与传热在自然界和科学研究中的普遍性和重要性,并由此出发,去探索更多未知的科学前沿。

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当我看到《两相流与传热研究》这个标题时,我的脑海中立刻浮现出了工业生产中那些至关重要的设备场景:炼油厂里巨大的催化裂化塔,发电厂中效率惊人的锅炉,以及深海油气开采中的复杂管线。这些都是两相流和传热现象无处不在的地方,也是我工作中最常接触到的技术挑战。我非常渴望通过这本书,能够更深入地理解这些设备的运行原理,特别是它们在极端工况下的表现。例如,在高压高温的锅炉中,水和蒸汽的相变过程是如何影响传热效率的?在油气管道中,原油与天然气混合流动时,会产生哪些复杂的流动模式(如分离流、段塞流)?这些流动模式又会对管道的腐蚀和输送效率产生怎样的影响?我希望书中能够提供一些针对这些特定工业应用场景的案例分析,并且能够详细阐述解决这些问题所采用的理论方法和工程手段。我尤其关注书中是否能介绍一些关于如何提高设备可靠性和安全性的内容。例如,如何通过控制两相流的流动特性来避免传热表面过热,如何设计合适的防爆和泄压装置,以及如何进行故障诊断和预防。如果书中能包含一些关于新型两相流设备(如微通道换热器、喷雾干燥器)的介绍,并分析其在节能减排方面的潜力,那将更是令我兴奋,因为这正是我所关注的前沿技术方向。总而言之,我期待这本书能够为我提供一套全面的工业视角,让我能够更好地理解并优化那些依靠两相流与传热技术运行的关键设备。

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作为一名长期在工程领域摸爬滚打的实践者,我对能够解决实际问题的理论工具和技术方法尤为看重。《两相流与传热研究》这本书的出现,在我看来,恰好填补了我对某一类工程挑战的知识空白。我经常会遇到与热管理相关的工程问题,尤其是在电子设备散热、制冷系统设计以及汽车发动机冷却等方面。这些应用场景往往涉及到复杂的水冷或气冷系统,而这些系统内部的流体流动和热量交换过程,其核心就在于两相流与传热的相互作用。我希望能在这本书中找到关于如何优化这些系统的理论指导。比如,书中能否深入探讨在特定流动条件下,气泡的生成、生长、运动以及聚并等动力学过程如何影响整体的传热系数?又或者,当流体处于沸腾或冷凝状态时,蒸发和冷凝的微观机制是如何影响宏观的传热效率的?我期待书中能提供一些实用的工程准则或经验公式,能够帮助我在设计初期就对系统的性能有一个初步的预测,并且在遇到问题时,能够有清晰的思路去分析和解决。我特别关注那些能够直接指导工程实践的内容,例如针对不同几何形状的换热器(如板式换热器、管壳式换热器)的传热特性分析,以及如何通过调整操作参数(如流量、压力、温度)来最大化传热效果,同时确保系统的稳定运行。如果书中能够包含一些关于传热增强技术的介绍,如使用纳米流体、表面改性或结构优化等,那将是我最大的惊喜,因为这些前沿技术正是我在工作中可能需要借鉴和应用的方向。总的来说,我希望这本书不仅能让我理解“为什么”,更能让我知道“怎么做”,成为我解决工程实际问题的得力助手。

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作为一名对能源转化和利用怀有强烈使命感的学生,我深深地认识到两相流与传热技术在现代能源系统中的核心地位。《两相流与传热研究》这本书,在我看来,是理解这些复杂系统必不可少的一本参考书。我特别关注书中能否深入分析一些关键的能源技术,例如核能发电中的冷却系统,太阳能热利用系统中的传热流体,以及地热能的开发利用过程。在核能领域,冷却剂(通常是水或液态金属)在核反应堆内部的流动和相变,直接关系到反应堆的安全性和效率。我希望书中能够详细阐述在各种工况下(如正常运行、瞬态过程、事故工况)两相流的演变规律及其对传热性能的影响。在太阳能热利用方面,如何高效地将太阳能转化为热能并输送到使用点,是关键的挑战。我希望书中能介绍一些先进的集热器设计,并分析其中传热流体(如水、油、熔盐,甚至纳米流体)的两相流与传热特性。对于地热能,如何在地层中抽取高温流体,并将其热量有效提取,也离不开对地下复杂流动的理解。我期待书中能提供一些关于地热储层模拟和热量提取的案例研究。此外,我也对书中是否能介绍一些关于提高能源系统效率和降低能耗的新型两相流传热技术感兴趣,比如基于相变材料的储热技术,或者利用微通道换热器来提升热量传递速率。总而言之,我希望这本书能为我提供一个深入理解和优化现代能源系统运行机制的理论基础,并激发我在新能源领域做出贡献的决心。

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当我看到《两相流与传热研究》这本书的书名时,我的第一反应是它是否能够帮助我理解那些隐藏在日常生活中的“看不见”的科学原理。比如,我们每天使用的空调、冰箱,它们的制冷原理就涉及到制冷剂在蒸发器和冷凝器中的复杂相变和流动过程。我希望这本书能够用通俗易懂的语言,为我揭示这些日常家电背后的科学奥秘。例如,书中能否详细解释制冷剂是如何在蒸发器中吸收热量并转化为气态的?在冷凝器中,它又如何释放热量并重新液化?这些过程中,气液两相流的流动模式如何影响制冷效果?我也对书中是否能介绍一些关于改善这些设备的性能和效率的技术感兴趣。例如,如何通过优化换热器的结构设计,来提高制冷剂的流动均匀性和传热效率?如何利用新型制冷剂来降低对环境的影响?除了家电,我还对一些更广泛的领域感到好奇,比如食品加工中的喷雾干燥技术,或者工业清洗中的超声波清洗过程,这些都可能涉及到两相流与传热的原理。我希望这本书能够提供一些跨学科的视角,让我能够将这些看似不相关的现象联系起来,并从中获得启发。总而言之,我期待这本书能够成为我的“科学百科”,为我解答生活中遇到的种种科学疑问,并培养我对科学的兴趣和探索精神。

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我一直对复杂科学现象背后隐藏的精妙规律着迷,尤其对能源和材料科学领域的交叉学科研究充满了好奇。《两相流与传热研究》这本书,在我最初看到书名时,便激起了我强烈的求知欲。我期待着它能带领我深入理解两种不同相态物质(例如气液、液固)如何协同流动,以及在这个过程中如何进行热量的传递。在我看来,这两者是许多关键技术的核心,从高效的换热器设计,到核反应堆的安全运行,再到更宏观的地球气候模拟,都离不开对两相流与传热机制的深刻洞察。我希望这本书能够提供一套系统性的理论框架,帮助我理解这些现象的物理本质,例如界面稳定性、湍流模型在两相流中的应用,以及不同传热模式(如对流、辐射、相变传热)的相互作用。此外,作为一名读者,我尤其关心书中是否能结合具体的工程实例,将抽象的理论与实际应用紧密联系起来。例如,在化工领域,许多分离和反应过程都涉及复杂的多相流,而高效的传热则是提高反应效率和降低能耗的关键。书中的案例分析,如果能详细剖析某个具体设备(如翅片管换热器、微通道反应器)的设计原理和性能优化,那将对我非常有启发。我还希望书中能够介绍一些先进的实验测量技术和数值模拟方法,这些工具对于深入研究两相流与传热至关重要。例如,激光诱导荧光(LIF)、粒子图像测速(PIV)等光学测量技术,以及计算流体动力学(CFD)在多相流模拟中的进展,都是我非常感兴趣的内容。总而言之,我期待这本书能够成为我探索两相流与传热世界的一扇窗口,为我打开一扇理解复杂工程问题的大门,并提供解决实际挑战的理论指导和技术参考,让我能够更好地理解并投身于相关领域的研究与实践。

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