等离子体放电原理与材料处理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版

作者:

出品人:

页数:535

译者:蒲以康

出版时间:2007-3

价格:75.00元

装帧:

isbn号码:9787030186591

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• 低温等离子体
• 科学出版社
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《流体动力学：从基础到前沿应用》 内容简介 《流体动力学：从基础到前沿应用》是一部全面深入探讨流体力学理论及其广泛应用的学术专著。本书旨在为具有一定物理学和数学基础的读者，特别是高等院校的理工科学生、科研人员以及相关领域的工程技术人员，提供一个系统、严谨且贴近实际的流体力学知识体系。本书内容涵盖了流体静力学、运动学、动力学，并重点阐述了粘性流、无粘流、可压缩流、湍流等核心概念，同时聚焦于这些理论在现代科学技术中的前沿应用。 第一部分：流体基础与静力学 本书的开篇，即第一部分，为读者构建起对流体性质和基本行为的直观理解。我们将从流体的宏观定义出发，区分固态、液态和气态物质的本质差异，强调流体在变形和流动上的特殊性。随后，详细介绍流体的基本物理属性，如密度、压力、黏度、表面张力、可压缩性等，并阐述它们对流体行为的影响。 在流体静力学的章节中，本书将深入探讨静止流体中的压力分布规律。我们将从微元体受力分析出发，推导出静压强的基本方程——欧拉方程（在静止流体中的简化形式），并详细讨论帕斯卡定律及其在液压系统中的应用。本书将重点讲解浮力概念，包括阿基米德原理，并分析浮体在不同介质中的平衡条件，这对于理解船舶设计、潜艇工作原理以及浮标定位等具有重要意义。此外，书中还将涉及容器壁上的静压力计算，以及由静止流体产生的力学效应，例如驳船码头受到的压力等。对非牛顿流体的初步介绍也将穿插其中，为后续章节中更复杂的流体行为埋下伏笔。 第二部分：流体运动学与连续性 本部分将视角转向流体的运动状态，引入流体运动学的基本概念和描述方法。本书将清晰区分两种主要的流体运动描述方法：拉格朗日描述（追踪单个流体质点轨迹）和欧拉描述（关注空间中某一点的流体速度场）。我们将重点阐述欧拉描述，因为它在工程分析中更为常用。 核心内容之一是连续性方程的推导和应用。本书将从质量守恒原理出发，分别在笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系下推导一维、二维和三维连续性方程，并分析其在不同流动几何形状下的具体形式。通过大量的例题，读者将能够掌握如何利用连续性方程来确定流场中的速度分量，以及分析流体的汇聚与扩散现象。本书还将引入流线、迹线和路径线等概念，并阐述它们与速度场的几何关系，帮助读者直观地理解流体的运动轨迹。此外，对涡度与环量的概念也将进行详细介绍，为后续流体动力学的深入分析奠定基础。 第三部分：流体动力学与伯努利方程 流体动力学是本书的核心，我们将深入研究作用在流体上的力以及由此产生的运动。本部分将从牛顿第二定律在流体中的应用——纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）的推导出发。虽然不要求读者直接掌握复杂的偏微分方程求解，但本书将详细解释方程各物理项的含义，包括惯性力、压力梯度力、黏性剪切力等，使读者理解这些力如何共同驱动流体的运动。 在此基础上，本书将着重介绍伯努利方程。我们将从能量守恒原理和动量守恒原理出发，推导出适用于理想流体（无黏性、不可压缩）的伯努利方程。方程的三个主要项——动能项、势能项和压力能项——将被深入解析，并辅以大量直观的图示和实际应用。本书将重点讲解伯努利方程在以下方面的应用： 文丘里管的应用：详细分析文丘里管测量流量的原理，计算不同截面积下的流速和压强变化。 皮托管的使用：阐述皮托管如何通过测量总压和静压来确定流速，并讲解其在航空航天和气象监测中的作用。 喷管和射流：分析流体通过收缩或扩张管道时的速度和压强变化，解释喷雾器、化油器等装置的工作机制。 侧壁孔口出流：运用伯努利方程计算流体从容器侧壁孔口流出的速度和流量，分析其与液面高度的关系。 本书还将讨论伯努利方程的适用范围和局限性，以及在考虑能量损失（如摩擦和湍流）情况下的修正方程，例如达西-韦斯巴赫方程，并探讨其在管道流动阻力计算中的应用。 第四部分：粘性流与边界层理论 本部分将深入探讨流体的黏性对其运动的影响，这是现实世界中流体行为的关键所在。我们将详细介绍黏性剪应力的概念，并推导泊肃叶定律（Poiseuille's law），用于描述层流状态下圆形管道内的体积流量与压强差、管道半径和黏度之间的关系。本书将分析黏性流动的特征，如层流和湍流的区别，以及它们各自的判断准则，例如雷诺数（Reynolds number）。 本书的重点内容之一是边界层理论。我们将阐述边界层是如何在固体表面附近形成的，以及黏性在边界层内的重要作用。我们将解析普朗特边界层方程的意义，并介绍其简化形式——边界层方程，以及求解的基本思路。通过详细的实例分析，读者将理解边界层分离现象及其对物体表面压强分布和阻力的影响。本书将展示边界层理论如何成功应用于预测和减小飞行器和船舶的阻力，例如通过设计光滑表面、优化外形或采用附面层控制技术。 第五部分：无粘流理论与势流 尽管实际流体普遍存在黏性，但忽略黏性的无粘流理论（或称为理想流体理论）在分析某些流动现象时仍然非常有价值。本部分将介绍无粘流的数学描述，特别是势流理论。本书将推导拉普拉斯方程（Laplace's equation），这是描述势流速度势的偏微分方程。 通过介绍势流叠加原理，本书将展示如何利用简单的基本势流解（如点源、汇、偶极子、直线涡等）来构建复杂的流场。我们将解析这些基本解的物理意义，并演示如何将它们叠加起来模拟： 绕过圆柱体的均匀来流：分析圆柱体周围的流线和压强分布，解释其诱导的升力和阻力（在理想流体中阻力为零）。 绕过翼型的均匀来流：介绍翼型上方流速加快、下方流速减慢的现象，以及由此产生的升力。本书将简要介绍库塔-儒科夫斯基定理（Kutta-Joukowski theorem）在计算升力中的作用。 三维势流模型：介绍更复杂的势流模型，例如用于分析水下物体周围流动或空气动力学问题的模型。 本书将强调势流理论的优势在于其数学上的可解性，但也清楚地指出其局限性，尤其是在处理高黏性流动、分离流动以及边界层效应显著的场合。 第六部分：可压缩流与超音速流动 本书的这一部分将转向可压缩流，即流体密度随压强和温度变化显著的流动。我们将首先介绍马赫数（Mach number）的概念，它定义了流体的速度与声速之比，是区分亚音速、跨音速、超音速和高超音速流动的关键参数。 本书将深入研究可压缩流动的基本方程，并推导气体动力学方程。核心内容将围绕一维定常可压缩流展开，重点分析： 等熵流动：推导等熵流动条件下，流速、压强、温度、密度以及截面积之间的关系。 斜压流（Shock waves）：详细阐述激波的概念，包括其形成机制、结构和对流场的影响。本书将讲解斜激波和正激波的计算，以及激波诱导的能量损失。 膨胀波：分析流体通过扩张管道或遇到障碍物时可能产生的膨胀波，以及膨胀波如何降低流体的压强和温度。 本书还将介绍超音速喷管设计的基本原理，例如拉瓦尔喷管（Laval nozzle），如何利用其喉部（最小截面）和扩张段来实现超音速流动。超音速空气动力学在航空航天领域的应用，如火箭发动机、超音速飞行器设计，也将得到阐述。 第七部分：湍流与流动稳定性 湍流是自然界和工程中最为普遍且复杂的流动形态之一。本书将深入探讨湍流的性质，包括其随机性、脉动性、三维性、耗散性和涡旋结构。我们将介绍描述湍流强度的统计方法，例如均方根速度和湍流能量谱。 本书将着重介绍湍流模型的构建，包括： 雷诺平均方程：解释如何通过对纳维-斯托克斯方程进行雷诺平均来得到描述平均流动的方程，以及雷诺应力的概念。 雷诺应力模型：介绍常用的雷诺应力封闭模型，如Boussinesq假说及其衍生的代数模型（如混合长度模型）和输运方程模型（如k-ε模型、k-ω模型）。本书将强调这些模型在数值模拟中的重要作用。 此外，本书还将探讨流动稳定性。我们将解释为什么平直的层流在某些条件下会转变为湍流，以及线性稳定性分析的基本方法。通过分析扰动的增长与衰减，读者将理解流体系统从稳定状态向不稳定状态转变的临界条件。 第八部分：流体力学的前沿应用 在掌握了流体力学的基本理论之后，本书的最后一部分将带领读者探索其在各个尖端领域的广泛应用。我们将精选以下几个典型案例进行深入剖析： 航空航天工程：深入讲解飞机翼型设计、发动机内部流动模拟、火箭发动机性能分析、卫星姿态控制中的气体动力学问题。 生物医学工程：分析人体内的血液流动，例如动脉粥样硬化区域的血流动力学变化，瓣膜置换手术中的流体效应，以及呼吸系统和消化系统中的流体输运。 环境科学与工程：研究大气和海洋的环流模型，污染物扩散模拟，水坝和防洪工程中的水力学设计，以及河流、湖泊和地下水的流动规律。 能源领域：探讨风力发电机叶片的气动设计，核反应堆冷却剂流动，以及化石燃料和可再生能源开发中的流体动力学挑战。 微流控与纳米流体学：介绍在微尺度和纳米尺度下，流体的行为与宏观尺度有何不同，以及它们在微传感器、药物递送和生物芯片等领域的应用。 本书的附录部分将包含常用的流体物理性质数据表格，以及关键公式的汇总，方便读者查阅和使用。 总结 《流体动力学：从基础到前沿应用》旨在为读者提供一个全面、深入且具有实践意义的流体力学学习体验。本书理论严谨，逻辑清晰，例题丰富，注重培养读者的物理直觉和解决实际问题的能力。通过对经典理论的深入讲解和对前沿应用的广泛介绍，本书力求成为一本能够激发读者对流体力学浓厚兴趣，并为其未来学习和研究奠定坚实基础的参考书籍。

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总的来说，这本书的文字风格是高度凝练且极富精确性的，但又不失一种沉稳的学术魅力。它避开了那些华丽的辞藻和空泛的形容，每一个句子的构成似乎都经过了严密的逻辑推敲。在引用文献方面，作者显示出极强的批判性视野，不仅引用了经典的奠基性论文，更穿插了近十年内发表在顶尖期刊上的最新研究成果，确保了内容的“保鲜度”。我个人认为，这本书的价值远远超出了普通教材的范畴，它更像是一份集理论深度、实验指导和前沿视野于一体的综合性参考手册。它成功地搭建了一座坚实的桥梁，连接了基础物理学原理与尖端工程应用，对于任何一个希望在这个交叉领域做出实质性贡献的人来说，它都将是案头必备的“压舱石”级别的参考书目。我毫不犹豫地推荐给我的同行和研究生们。

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我特别留意了书中关于“等离子体诊断技术”那一章的详尽程度。坦率地说，市面上很多相关书籍在讲完理论基础后，对实际的测量和表征方法往往一带而过，要么是过于简化，要么就是直接引用标准的操作手册，缺乏深入的原理剖析。然而，这本书在这部分内容的处理上展现了其专业深度。它没有满足于仅仅列举发射光谱、朗缪尔探针这些经典方法，而是深入探讨了每种方法背后的物理基础、适用范围的边界条件，以及在面对复杂多组分等离子体时，如何进行交叉验证和误差修正。比如，在讲解如何通过多普勒展宽来测定离子温度时，作者不仅给出了计算模型，还配有几组不同真空度下的实际谱线图作为实例对比，清晰地展示了“气动压力”对谱线形状的形变影响。这种事无巨细的讲解方式，对于实验室工程师来说价值连城，因为它直接关系到实验数据的可靠性和可重复性，避免了“黑箱操作”的风险。这本书无疑是为那些需要将理论转化为实际生产或科研数据的专业人士量身定制的工具书。

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从阅读体验的角度来看，这本书的结构逻辑性达到了一个很高的水准，它的章节组织不是简单的“由浅入深”，而是更倾向于“由应用导向，回溯原理”。这种倒置的教学法，对于我们这些有一定工程背景的读者来说，效率极高。一开始，作者会抛出一个实际的工业应用场景，比如如何用等离子体刻蚀来制造超精细的半导体结构，或者如何实现高效的表面改性。在读者被这些引人注目的应用所吸引后，他才会回过头来，系统地解释支撑这些应用背后的基本等离子体动力学、碰撞过程和鞘层理论。这种“先看到结果，再探究路径”的模式，极大地增强了学习的内在驱动力。此外，书中对于不同放电模式（如辉光放电、电感耦合等离子体、微波等离子体）的分类和比较，也做得极其清晰，通过一张张精心绘制的“参数空间图”，将它们在电子密度、电子温度和功率耦合效率等维度上的差异一目了然地展示出来，避免了读者在概念上产生混淆。

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我对书中关于“材料表面相互作用”部分的论述印象特别深刻，因为它触及了等离子体技术中最具挑战性和前沿性的领域之一。很多教材常常把材料看作是被动接受轰击的“靶子”，但这本书却细致地分析了等离子体粒子与材料表面之间复杂的化学反应和物理溅射过程，将其视为一个双向的、动态的平衡系统。它详细讨论了诸如离子注入深度、中性原子沉积、以及表面缺陷的生成与修复等一系列微观机制。尤其值得称赞的是，作者没有回避该领域尚未完全解决的难题，而是诚恳地指出了当前模型在预测高能离子束与复杂合金表面相互作用时的局限性，并引用了最新的分子动力学模拟结果作为佐证。这种对知识局限性的坦诚，体现了作者极高的学术素养和对读者负责的态度。阅读这些章节，让人感觉自己是在追踪一个活跃的、不断发展的研究领域，而不是在学习已经定型的知识。

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这本书的装帧设计着实让我眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，配上一些似乎是电弧闪烁的抽象图形，立刻就抓住了我的注意力。我本以为这是一本纯粹的理论教材，但拿到手里才发现，它在版式和图文排布上花了不少心思。比如，它对一些复杂公式的呈现方式，并非堆砌在文字段落中间，而是采用了一种“模块化”的布局，用醒目的灰色边框框起来，旁边还配有作者的简短批注，解释了该公式在实际应用中的“痛点”或“关键点”。这种处理方式极大地缓解了初学者面对大量数学推导时的畏惧感。更值得称赞的是，书中对历史脉络的梳理非常细腻。它不仅仅是罗列了关键人物和时间节点，而是通过一些“小传”式的侧边栏，讲述了早期科学家们在探索等离子体现象时遇到的困境和灵光一闪的瞬间，使得那些冰冷的物理定律仿佛有了温度和故事性。阅读过程中，我感觉更像是在跟一位经验丰富的导师对话，而不是在啃一本枯燥的教科书。对于那些希望建立宏观认识，而非直接扎进微观机制的读者来说，这种叙事节奏的把控是相当高明的。

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