对流传热与传质 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:w．M．凯斯

出品人:

页数:468

译者:赵镇南

出版时间:2007-7

价格:35.50元

装帧:

isbn号码:9787040218060

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 催化
• 专业——基础
• GBA
• 传热学
• 传质学
• 对流
• 传热
• 传质
• 工程热力学
• 流体力学
• 热量传递
• 质量传递
• 化工过程

《材料科学前沿进展：微观结构与宏观性能的调控》 本书导读 本书是一部聚焦于现代材料科学领域最新研究动态与核心理论的深度专著。它旨在为材料学、化学、物理学以及相关工程技术领域的研究人员、高级工程师和研究生提供一个全面、深入的视角，以理解和掌握如何通过精细调控材料的微观结构，进而实现对其宏观性能的有效控制。本书内容涵盖了从基础理论到前沿实验技术的广泛跨度，强调理论模型、计算模拟与实验验证的紧密结合。 第一部分：先进材料的微观结构表征与理论基础 本部分奠定理解复杂材料体系的基础。首先，详细阐述了当前最尖端的微观结构分析技术，重点介绍高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在晶界、相界面分析中的应用，以及同步辐射X射线衍射（XRD）在实时结构监测方面的突破。我们深入探讨了原子尺度的缺陷工程，包括位错的运动学、点缺陷在不同应力场下的扩散行为，以及晶格畸变如何影响电子和离子的传输。 理论方面，本章系统梳理了密度泛函理论（DFT）在预测新型晶体结构稳定性、电子能带结构和反应能垒中的应用。特别关注了如何利用第一性原理计算来模拟材料在极端条件（如高压、高温）下的相变路径。此外，还引入了相场（Phase-Field）模型，用以描述多尺度下形核、生长和合并过程的动力学，为理解材料的时空演化提供了强大的数学工具。 第二部分：新型功能材料的设计与合成 本部分聚焦于具有特定电、磁、光或催化性能的先进功能材料。 2.1 拓扑材料与量子效应： 深入探讨了拓扑绝缘体和拓扑半金属的物理本质，重点分析了狄拉克锥和能谷自由度的调控。详细介绍了化学气相沉积（CVD）和分子束外延（MBE）技术在制备高质量二维拓扑薄膜中的关键工艺参数控制。内容包括手性振荡、量子反常霍尔效应的实验观测与理论解释。 2.2 先进储能材料： 针对下一代电池技术的需求，本章详细剖析了固态电解质的离子传导机制，着重分析了晶界电阻和界面阻抗的起源。研究了高熵合金和单原子催化剂在提高锂离子电池和金属空气电池性能中的作用。讨论了如何通过表面活性位点的调控来优化电化学反应动力学。 2.3 智能与自适应材料： 涵盖了形状记忆合金（SMA）的微观机制，特别是马氏体相变的可逆性及其热力学驱动力。此外，深入研究了压电和铁电材料的畴结构演变，以及如何利用电场或机械应力实现材料性能的快速、可控转换。 第三部分：结构材料的力学行为与失效分析 本部分着眼于结构材料在服役环境下的可靠性问题，强调从微观机制层面理解宏观断裂。 3.1 增材制造（AM）材料的微结构异质性： 探讨了激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中，快速凝固导致的凝固晶粒结构、残余应力和微裂纹的形成。重点分析了这些缺陷如何影响最终部件的疲劳寿命和蠕变性能。提出了针对AM工艺参数的闭环反馈控制策略，以期获得更均匀的微观结构。 3.2 界面与晶界工程对强度的影响： 详细阐述了Hall-Petch效应的适用边界，以及在纳米晶材料中“反Hall-Petch”现象的微观解释，即晶粒尺寸过小时，晶界滑移和晶界扩散机制占据主导。研究了通过引入第二相粒子或特殊晶界（如CSL晶界）来有效阻碍位错运动和裂纹扩展的策略。 3.3 极端环境下的材料失效： 深入分析了高温合金中的析出相演化、氧化腐蚀的动力学过程。在核工业背景下，讨论了辐照导致的氦泡形成、晶格损伤累积，以及这些对材料脆化影响的建模方法。 第四部分：计算材料学与数据驱动的材料发现 本部分介绍了利用高性能计算和人工智能加速材料研发的新范式。 4.1 多尺度建模的集成： 阐述了如何将分子动力学（MD）模拟的结果，通过粗粒化（Coarse-Graining）方法传递给有限元分析（FEA），从而在原子尺度信息的基础上模拟宏观构件的力学响应。着重介绍了如何处理不同尺度间的能量和力学量映射关系，以减小误差传递。 4.2 机器学习在材料性质预测中的应用： 系统介绍了从材料结构数据中提取高维特征（如结构描述符，SOAP、MBTR）的方法。阐述了如何利用高斯过程回归（GPR）和深度神经网络（DNN）来快速预测材料的热力学稳定性、催化活性或带隙能量，从而替代耗时的第一性原理计算。 4.3 实验数据与数据库构建： 强调了标准化材料数据采集的重要性，以及如何利用材料基因组计划（MGI）的思想，构建可被机器学习算法有效利用的、高质量的结构-性能数据库。讨论了主动学习（Active Learning）在指导实验设计、高效筛选潜在候选材料方面的潜力。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者从微观结构这一根本层面理解和创新材料的能力。通过整合先进的实验表征、严谨的理论计算和新兴的数据科学方法，本书提供了一套完整的工具箱，以应对当前材料科学面临的挑战，并预示着下一代高性能、智能化材料的诞生。本书的深入探讨将有助于推动基础研究向工程应用的转化，并在能源、信息技术、生物医学等关键领域实现技术飞跃。

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从文献引用和参考文献列表来看，这本书展现了极高的学术广度和时代前沿性。它不像某些老旧的教材，只停留在上世纪中叶的经典理论，而是对近十年内诸如纳米流体传热、反应扩散耦合体系以及微重力下的传质现象等热点领域都有所涉猎。作者的引用体系非常扎实，不仅引用了公认的权威文献，还巧妙地将一些跨学科的交叉研究成果引入进来，拓宽了读者的视野。例如，它将生物工程中对细胞培养基的物质传递限制问题，与化学工程中的反应器设计联系起来讨论，这种跨学科的视角在传统的流体力学或热力学书籍中是极为少见的。这表明作者不仅是该领域的专家，更是一个积极活跃的科研工作者，能够将一手的研究经验和最新的学术动态融入教材之中，确保了这本书的知识体系具有极强的生命力和前瞻性，对于有志于从事相关领域研究的后来者来说，这本书无异于一份精选的“必读文献清单”。

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这本书的阅读体验，很大程度上取决于它所提供的习题设计哲学。很多教科书的习题要么过于简单，只是对公式的机械代入，要么就是直接引用晦涩难懂的科研论文中的超纲难题。然而，这本书的习题设置仿佛是精心设计的“阶梯挑战”。初级的计算题帮助巩固了基础概念的理解，中级的推导题则要求读者进行逻辑链的重构和参数敏感性分析。最让我惊喜的是那些“设计与优化”类的大题。它们往往设置一个贴近实际的工程背景，要求读者综合运用书中学到的多种传热/传质机制，提出一个可行的解决方案并进行初步的定量评估。例如，设计一个高效的蒸发冷却塔，或者优化一个微通道反应器的热管理方案。完成这些习题的过程，本身就是一次完整的、从理论到实践的思维训练。解答过程中遇到的困难，反而能促使我主动回溯书中的相关章节进行更深入的研读，形成了非常良性的学习循环，这比死记硬背知识点有效得多。

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我是一名侧重于材料热处理工艺的工程师，以往接触的热传导内容多集中于稳态分析和基础导热定律。然而，这本书在非稳态过程和复杂边界条件处理上的系统性讲解，彻底颠覆了我原有的认知框架。特别是关于相变传热的章节，作者以极其严谨的数学处理，清晰地阐述了付立叶（Fourier）模型在处理冰点融化或凝固过程中的困难，并巧妙地引入了焓法和移动网格技术来克服这些难题。这些内容在其他同类书籍中往往被一带而过，但在这里却被赋予了足够的篇幅和清晰的步骤，辅以数个精心构造的案例分析，比如铸件的冷却过程和蓄热器的工作原理。通过这些案例，我清晰地看到了理论如何转化为可指导生产实践的工具。书中对数值方法（如有限体积法）在离散化过程中的误差分析也做了详尽的阐述，这使得我们这些应用型读者在进行数值模拟验证时，能更加胸有成竹地评估结果的可靠性，而不是仅仅依赖软件输出的“黑箱”结果。

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这本书的封面设计简洁大气，配色上选择了沉稳的深蓝与象征活力的橙色进行搭配，给人一种既专业又不失现代感的第一印象。我最初拿到这本书时，被它清晰的排版和适中的开本所吸引，这在专业教材中是难得的优点。内文的字体选择非常人性化，行距与字距的把握恰到好处，即便是长时间阅读那些复杂的数学推导和理论阐述，眼睛也不会感到过分的疲劳。尤其值得称赞的是，书中对关键概念的引入，往往不是直接抛出复杂的公式，而是通过一些日常生活中能观察到的现象作为引子，比如厨房里水烧开时的气泡上升，或是热咖啡冷却的过程，这种“接地气”的讲解方式极大地降低了初学者的畏难情绪。书中的插图质量极高，那些流线图和截面图绘制得极其精细，每一个箭头、每一个边界层的虚实变化都准确无误地传达了物理模型的精髓，这对于理解那些抽象的场量变化至关重要。我曾尝试阅读市面上其他几本相关书籍，但常常因为图示的模糊或过于简略而感到困惑，而这本在视觉辅助上做得非常到位，可以说是为自学者精心准备的“视觉指南”。这种对细节的关注，无疑体现了作者在教学经验上的深厚积累。

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这本书的理论深度令人印象深刻，它没有止步于对基本定律的罗列，而是深入探讨了这些定律背后的物理机制及其在工程实际中的多尺度应用。我对其中关于湍流模型的部分尤为欣赏。作者并没有简单地介绍几种主流模型（如 $k-epsilon$ 或 $SST$），而是花了大量篇幅去剖析每种模型假设的局限性和适用边界，甚至追溯到雷诺平均 Navier-Stokes 方程推导过程中的张量分析。这种“知其所以然”的叙述方式，使得读者在面对实际工程问题，例如航空器绕流或换热器内部复杂流动时，能够基于物理直觉而不是盲目套用公式来选择和修正模型。更难能可贵的是，书中穿插了大量的历史回顾和前沿进展的综述，使得我们不仅学到了“现在的方法”，也明白了“为什么是现在的方法”，这对于培养批判性思维和未来研究方向的把握至关重要。它不像一本纯粹的教科书，更像是一位经验丰富、学贯中西的前辈，带着你一步步走进这个复杂而迷人的科学殿堂，让你体会到理论推导的美感与力量。

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现在读读感慨万分。。。过去很想写明白，就是不理解。其实中间少了常微分方程，少了偏微分方程的学习，少了复分析的知识，其实少了很多。。。现在理解了解法和框架，问题就在于实际问题的假设和边界条件的选择。

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