具体描述
近年来，纳米材料技术已经成为化学家以及物理学家研究的热点之一。由于材料达到纳米尺度后，将体现出与传统材料不同的性质，使得其显示出独特的性能。这种新型的材料已经引起越来越高的重视。美国、日本、德国等对它的研究一直处于领先地位，我国在纳米材料的基础研究方面也处于世界领先水平，但是在纳米材料的应用方面我国需要进一步加大力度，才能赶上第一集团的快速发展的步伐。
为了介绍纳米材料的制备和应用方面的研究情况，特编写引书。此书是我们课题组在总结山东省科学院新教材研究所的科研工作的基础上，结合编者在中国科学技术大学学习研究期间的一工作，针对纳米材料的实际应用，介绍了纳米材料在制备和应用方面的研究情况。
本书从纳米材料的性能、制备方法以及实际应用等角度，对纳米材料作一介绍。由于编者主要从事材料化学研究，因此本书主要偏重于化学方面的方法和性质研究。
好的，这是一份针对“纳米材料的制备及应用研究”这一主题的图书简介，内容详尽，不包含该书的具体信息，旨在介绍一个相关但不同主题的领域： --- 《现代计算流体力学：理论、方法与工程实践》 导论：数值模拟在复杂系统分析中的核心地位 在二十一世纪的工程科学与基础研究领域，对流体、热量、化学反应及多相物质间复杂相互作用的精确预测与理解，已成为突破技术瓶颈的关键。传统的解析方法在面对高度非线性、多尺度、非定常的实际工程问题时往往力不从心。《现代计算流体力学：理论、方法与工程实践》一书，正是为了系统性地梳理和阐述支撑现代流体力学数值模拟的理论框架、核心算法及其在尖端工业领域的具体应用而编写。 本书并非关注微观尺度的物质特性，而是聚焦于宏观和介观尺度上，流体运动规律的数字化重构与预测。我们旨在为研究生、科研人员以及致力于复杂流动问题解决的工程师提供一套全面、深入且具有实操指导意义的知识体系。 第一部分：计算流体力学（CFD）的理论基石与数学模型 本部分内容聚焦于构建数值模型的理论基础，这是所有有效模拟工作的起点。 第一章：流体力学控制方程的再审视 我们将从流体动力学的基本原理出发，详细回顾纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组的推导、物理意义及其在不同流体状态下的简化形式。重点讨论不可压缩牛顿流体、可压缩流体以及非牛顿流体（如高分子溶液、泥浆）的本构关系。此外，还会深入探讨能量守恒方程和组分输运方程的耦合机制，为后续的热物性、化学反应等耦合模拟打下基础。 第二章：湍流模型的深度剖析 湍流是流体力学中最具挑战性的现象之一。本章将系统介绍描述湍流的几种主要建模范式： 1. 雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型： 详细解析$k-epsilon$模型、$k-omega$模型及其最新的剪切应力可輸送（SST）模型的结构、适用边界条件以及在工程中的局限性。 2. 大涡模拟（LES）： 阐述亚格子尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的物理基础，如Smagorinsky模型、动态模型及其在捕捉瞬态大尺度涡结构中的优势。 3. 直接数值模拟（DNS）： 作为评估其他模型的“黄金标准”，本章将讨论DNS对网格分辨率和计算资源的要求，并介绍其在基础物理机理研究中的不可替代性。 第三章：离散化方法与数值格式 本章是CFD方法的“心脏”部分。我们不再采用简单的有限差分方法，而是重点研究更适用于复杂几何体和混合网格的现代离散技术： 1. 有限体积法（FVM）： 详细阐述通量守恒的原理、界面通量计算（如黎曼求解器、通量限制器）以及高阶空间离散格式的构建，如MUSCL、ENO/WENO格式。 2. 有限元法（FEM）与混合有限元法： 探讨其在处理复杂边界和高阶精度需求时的优势，特别是压力-速度耦合问题的处理技术，如稳定化技术（SUPG、PSPG）。 3. 时间离散策略： 分析显式、隐式以及半隐式时间推进方法的稳定性（CFL条件）与收敛性，并介绍二阶、三阶Runge-Kutta等高精度时间步进方案。 第二部分：多物理场耦合与高级计算技术 现代工程问题往往涉及多个物理场之间的相互影响，本部分专注于跨学科的数值模拟技术。 第四章：多相流动的数值处理 本章聚焦于描述包含两种或多种流体相的系统，例如气液、液固、气固流动： 1. 欧拉-欧拉（Eulerian-Eulerian）模型： 描述相间动量、质量和能量交换的输运方程组的构建与求解，重点讨论曳力、虚拟质量力和拖曳力等相间作用模型的准确性。 2. 欧拉-拉格朗日（Eulerian-Lagrangian）模型： 用于颗粒或液滴跟踪，讨论颗粒运动方程的求解、壁面碰撞模型（如离散元方法DPM的耦合）以及颗粒床的模拟方法。 3. 相界面捕获技术： 深入探讨水平集（Level Set Method）、相场法（Phase Field Method）以及体积平均法（Volume of Fluid, VOF）在捕捉和演化复杂界面（如液滴破碎、气泡上升）中的数学细节和实现难点。 第五章：化学反应与燃烧模拟 针对涉及化学反应的流动问题，如内燃机、化学反应器等，本章介绍： 1. 反应动力学建模： 介绍简化机制（如表观速率）与详细机制（如化学动力学数据库）的集成，以及化学反应速率的温度依赖性（Arrhenius定律）。 2. 燃烧模式： 讨论层流火焰速度模型、预混/非预混燃烧的模拟方法（如混合分数方法）以及火焰面模型（如FGM）。 3. 声学与稀疏介质耦合： 如何在非线性波动方程中引入流体流动的影响，用于预测噪声传播和声波在复杂介质中的衰减。 第六章：高效能计算（HPC）与并行化策略 随着问题的复杂性增加，单核计算已无法满足需求。本章重点讨论将CFD算法高效移植到大规模并行计算环境（如GPU和多核CPU集群）的技术： 1. 网格划分与数据分布： 介绍结构化、非结构化网格的生成，以及域分解技术（Domain Decomposition）在MPI环境下的实现。 2. 并行求解器设计： 探讨雅可比迭代、Krylov子空间方法（GMRES, BiCGSTAB）在分布式内存架构上的并行化实现，以及预条件子的选择与优化。 3. GPU加速： 介绍如何利用CUDA或OpenCL框架，将高强度计算部分（如通量计算、线性系统求解）卸载到GPU上以实现数量级的加速。 第三部分：工程应用案例与后处理技术 理论和算法最终必须服务于实际工程问题的解决。本部分通过案例研究展示CFD的强大预测能力。 第七章：航空航天与气动外形优化 以跨音速翼型设计为例，探讨如何利用高精度、高保真度的CFD模型（如LES或DNS）来预测激波-边界层干扰、气动热效应以及马赫数对升阻力的影响。重点介绍伴随式设计优化（Adjoint-based Optimization）流程，实现自动化的气动外形迭代改进。 第八章：热能管理与电子设备冷却 针对高功率密度电子设备和新能源汽车电池组的热管理需求，介绍如何模拟复杂的内部散热结构（如微通道、翅片阵列）中的自然/强制冷却、相变散热（如热管、沸腾）的CFD建模。讨论热源与流体的耦合效应，并提出高效的散热设计策略。 第九章：环境与生物流体力学前沿 本章展示CFD在非传统工程领域的拓展应用： 1. 大气与海洋流动： 城市尺度的大气污染物扩散模型，以及海洋环流与波浪耦合的模拟技术。 2. 生物医学应用： 血液动力学（如动脉瘤的形成与支架植入）、呼吸道内的气溶胶输运与沉积模拟，强调生物相容性边界条件的设置。 第十章：后处理与数据可视化 有效的后处理是将海量计算结果转化为可理解工程洞察力的关键。本章介绍先进的可视化技术，包括流线、等值面、涡度分析、Q准则分析等，并指导读者如何构建可靠的统计分析方法来评估模拟结果的不确定性。 --- 《现代计算流体力学：理论、方法与工程实践》力求构建一个从基础数学到尖端应用的完整知识链条，旨在培养读者利用先进数值工具解决复杂工程挑战的能力。
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