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出版者:

作者:戚世岳

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:2005-2

价格:12.00元

装帧:

isbn号码:9787502565497

丛书系列:

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深入解析复杂流体系统的数值模拟：基于CFD的化工过程优化与设计 图书主题： 本书聚焦于计算流体力学（CFD）在现代化工工程，特别是复杂流体系统模拟与优化中的前沿应用与深度实践。它旨在为化工、化学工程、过程控制及相关领域的工程师和研究人员提供一套系统、详尽且极具实操指导性的理论框架与技术路线图。全书不涉及任何关于工程制图、传统化工制图规范或习题解析的具体内容，而是将重点完全置于数值计算方法、高级湍流模型验证以及工业级流程优化设计之上。 --- 第一部分：CFD基础理论的化工应用深化 本书首先从化工工程的视角重新审视CFD的核心理论，强调其在处理非牛顿流体、多相流以及化学反应耦合流动问题时的特殊要求与挑战。 1. 连续介质假设与化工尺度效应： 本部分详述了将宏观连续介质模型应用于微观尺度（如反应器内部颗粒床或催化剂孔道）时的适用性边界。重点讨论了斯托克斯流、雷诺数对传质传热效率的决定性影响，以及如何通过修正的边界条件来弥补宏观模型在描述界面现象时的不足。特别分析了化工过程中常见的低雷诺数流动与高剪切速率效应，这些是传统流体力学教材中较少深入探讨的化工特有工况。 2. 湍流模型的化工精选与验证： 湍流模型是CFD模拟准确性的基石。本书摒弃了对标准$k-epsilon$或$k-omega$模型的泛泛而谈，转而聚焦于各向异性湍流模型（如Reynolds Stress Model, RSM）在化工反应器中的应用。详细阐述了RSM如何更好地捕捉非均匀流动场中的曲率效应和旋涡结构，这对于理解搅拌釜内剪切层和喷射流的混合效率至关重要。此外，还提供了针对复杂边界层分离现象（如阀门或管束换热器中）的混合RANS/LES（大涡模拟）策略的实施指南，确保模拟结果能够精准指导设备选型。 3. 动网格技术与耦合求解器： 针对间歇操作、周期性振荡或设备内部移动部件（如搅拌器、活塞泵）的化工过程，本书详细介绍了动网格（Dynamic Mesh）技术的实现原理与稳定性控制。重点讲解了如何利用子迭代（Sub-iteration）方法在保证计算收敛性的同时，准确捕捉瞬态过程中的流场变化。对于涉及固体变形或颗粒运动的系统，还深入探讨了ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法在化工设备维护与安全分析中的作用。 --- 第二部分：复杂多相流与反应动力学的集成模拟 化工生产的本质往往是多相反应与输运过程的协同作用。本部分完全聚焦于如何利用CFD来精确描述这些耦合现象。 4. 气液固三相流的Euler-Euler与Euler-Lagrange框架： 本书深入对比了Euler-Euler（双流体模型）与Euler-Lagrange（颗粒追踪模型）在不同化工设备中的适用性。对于气泡塔、鼓泡流化床等，详细演示了如何精确设置相间传递项（动量、质量、能量），特别是针对表面活性剂影响下的界面张力变化对气泡形态和上升速度的影响。在颗粒追踪部分，则侧重于如何将颗粒碰撞模型（如Kinetic Theory of Granular Flow, KTGF）集成到CFD求解器中，以模拟浆态床反应器中的催化剂磨损与流化特性。 5. 化学反应工程与CFD的深度融合： 不同于将反应速率作为给定常数的传统做法，本书强调反应动力学（如Arrhenius方程、Langmuir-Hinshelwood机理）的直接嵌入。详细讲解了有限速率化学（Finite-Rate Chemistry）的数值处理，以及如何利用分区平均（Partitioned Approach）与全耦合（Fully Coupled）策略来处理高放热反应（如氧化、聚合反应）中热点（Hot Spot）的形成与抑制。这部分内容完全服务于反应器安全与产率最大化。 6. 燃烧与辐射传热的CFD建模： 对于涉及高温和火焰的化工过程（如燃烧器、裂解炉），本书提供了火焰面模型（如FSD/PDF）在处理非预混与预混燃烧时的具体应用案例。重点分析了P-1或Discrete Ordinates (DO) 模型在计算炉体内复杂辐射传热场时的收敛性与计算成本，并提供了优化网格划分以捕捉火焰前沿精细结构的方法。 --- 第三部分：工业流程优化与先进诊断技术 CFD的最终目标是指导工程决策。本书的最后一部分聚焦于如何将模拟结果转化为可操作的优化方案。 7. 过程放大（Scale-Up）的CFD预测： 传统的放大准则（如保持雷诺数、功率体积比）在面对复杂混合和传热时往往失效。本书提供了基于CFD敏感性分析的放大策略。通过对比小试、中试装置的模拟结果，量化了几何相似性、边界条件变化对关键性能指标（如转化率、停留时间分布DTD）的影响，为新一代反应器的设计提供数据驱动的依据。 8. 优化算法与设计空间探索： 本部分阐述了如何将CFD求解器嵌入到优化框架中。详细介绍了代理模型（Surrogate Models，如高斯过程回归）的构建，用以替代昂贵的全规模CFD迭代。通过结合遗传算法（GA）或响应曲面法（RSM），系统性地探索设计变量（如进料口位置、挡板几何形状）对目标函数（如最小化能耗、最大化选择性）的影响，实现真正意义上的“参数空间最优设计”。 9. 模拟结果的后处理与可解释性（Explainable CFD）： 本书强调，高质量的后处理是转化计算数据为工程洞察的关键。除了常规的流线、等值面分析，还详细介绍了如何利用结构化正交分解（POD）等降阶方法从瞬态数据中提取主导的流动模态。同时，探讨了如何利用CFD数据来验证和校准过程模拟软件（如Aspen Plus, HYSYS）中的设备模块参数，实现从微观CFD到宏观流程模拟的无缝衔接。 --- 总结： 本书是一本面向工程实践的深度技术参考书，它完全侧重于利用先进的数值方法解决化工领域内最棘手的流动、传热、传质与反应耦合问题，提供了从理论建立、模型选择、求解器配置到工业化优化的全流程技术指导。

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这本书给我的整体感受是：扎实、系统，并且充满了实用主义的色彩。我尤其欣赏它对于不同专业图纸（P&ID、设备布置图、管道平面图）之间信息传递逻辑的梳理。它用一套统一的制图语言，串联起了工艺、设备、管道等多个学科的表达方式，打破了以往学习时各个知识点互相独立的局面。我记得有一节专门讲设备间距和高程的确定，它引用了多个不同类型泵和塔器的实际最小安装距离标准，并配以俯视图和侧视图的叠加示意，清晰地展示了在有限空间内如何优化布局。这本书的习题部分并非简单的机械重复，而是具有很强的递进性和综合性，很多题目都需要读者综合运用前面学到的多个知识点才能完成，这有效地训练了我们进行整体性思考的能力。对于那些希望从“会画图”跨越到“能设计”的读者来说，这本书提供的不仅仅是工具，更是一种制图思维的训练。总而言之，这本书的价值在于它成功地将复杂的化工工程信息，通过严谨而富有逻辑的视觉语言清晰地呈现了出来，是化工制图领域一本不可多得的精品力作。

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说实话，我抱着一种“试试看”的心态买了这本，毕竟市面上关于化工制图的资料多如牛毛，真正能让人眼前一亮的凤毛麟角。这本书给我的惊喜在于它的深度和广度完美地平衡了。它并没有局限于传统的美式或欧式制图规范的生搬硬套，而是融合了更贴近国内实际工业标准的表达方式。我特别欣赏作者在讲解流体动力学相关的设备连接图时所采用的那种“情景模拟”的叙述方式。比如，他会用一种类似讲故事的口吻，描述一个泵在启动和停机过程中，管道压力变化的示意图应该如何表达，这样一来，原本抽象的制图规则就立刻变得生动起来，让我明白了“为什么”要这样画，而不是简单地“应该”怎么画。我在做期末设计时，遇到一个复杂反应釜的仪表开孔定位问题，翻遍了其他参考书都没找到清晰的规范，最后在这本书里找到了一个专门针对高压容器开孔的局部放大图，那图上的尺寸标注和基准点的选择，简直是教科书级别的示范。它让我意识到，制图不仅仅是技术活，更是一种严谨的逻辑表达艺术。这本书的价值远超一本简单的习题集，它更像是一位经验丰富的老工程师在手把手地指导你如何避免工程事故。

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作为一名已经工作了几年的设计助理，我购买这本书的初衷是想填补一些早期学习中留下的知识盲区，特别是关于非标设备制图的经验积累。这本书在这方面做得非常出色。它有一章专门讨论了如何绘制定制的搅拌器和填料塔内件，这些内容通常在标准教材中是付之阙如的。作者没有提供现成的模板，而是给出了一个推导过程：基于操作条件和介质特性，如何反推出所需的几何参数，并最终体现在图纸上。这种“从原理到图样”的思维链条，对我后来的实际工作帮助极大。特别是关于设备的安装基准面和维护空间预留的图示，详细到连检修人员需要操作扳手的最小空间都被考虑进去了，这种对“人机工程学”在制图中的体现，真是令人拍案叫绝。这本书的排版风格非常注重阅读的连贯性，脚注和图注都处理得非常克制和精准，不会因为过多的额外信息干扰主线内容的理解。它的语言风格也比较偏向于技术交流，少了一些学院派的空泛论述，多了一些实战中的“黑话”和经验之谈，让人感觉像是在听一位资深专家做现场指导。

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这本书的装帧和设计感确实挺不错的，封面那种线条简洁的排版，乍一看还以为是什么现代艺术画册，深邃的蓝色调配上那清晰的字体，拿在手里挺有分量的。我刚翻开目录的时候，感觉内容跨度有点大，从最基础的投影理论到后期的复杂设备图纸，像是给不同阶段的学习者都准备了点东西。不过，最吸引我的是那些案例分析部分，那些实际工厂的剖面图和流程图，画得特别精细，很多细节处理得相当到位，看得出来作者在实际工程经验上是下过真功夫的。我记得有一张关于换热器管束布局的图，居然把不同材质的管子用不同的斜线和阴影区分开了，这种严谨性在很多教材里是很难看到的。我猜想，如果我是个刚接触制图的新手，光是研究这些图例和标准符号，就能学到不少书本上枯燥讲解不到的东西。它似乎不仅仅是在教你怎么画图，更像是在教你如何“看懂”工厂的语言。我特别留意了关于三维建模与二维出图的转换章节，那部分的图示说明，逻辑性很强，让人很容易理解不同视图之间的内在联系，避免了那种机械记忆公式的感觉，更倾向于空间想象力的培养。这本书的纸质也很好，印刷的墨迹很均匀，即使用铅笔反复涂抹修改，也不会出现洇墨的现象，这点对于经常需要动手练习的读者来说，绝对是个加分项。

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这本书的内容组织结构简直是反传统教学的典范。它没有上来就甩一堆密密麻麻的规范要求，而是先抛出一个实际的工程场景，比如一个精馏塔的工艺流程图，然后层层递进地剖析这个流程图上的每一个符号、每一条管线代表的实际意义。我个人最大的收获是关于管道等级和材料标记法的讲解。以往我对这些标记总是模棱两可，记了又忘，但这本书里用了一个对比表格，清晰地展示了不同压力等级下，管道支架的最小间距和固定点的设计原则，这种具象化的对比，极大地加深了我的记忆。而且，这本书的习题设计也非常巧妙，从基础的二维正投影练习，到后期的包含多个设备和复杂管网的综合设计题，难度梯度设置得非常合理，让人感觉每攻克一个难关，自己的制图能力就上一个台阶。最让我感到舒畅的是，它在讲解一些容易混淆的概念时，比如轴测图和立体图的差异，采用了多角度的透视图进行对比说明，避免了阅读纯文字时的那种脑力上的“打架”感。这本书的配图质量极高，即使用放大镜看，线条依旧锐利清晰，这在需要精细观察的制图学习中，是至关重要的。

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