Multiphase Flow Dynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Kolev, Nikolay Ivanov

出品人:

页数:780

译者:

出版时间:

价格:199

装帧:HRD

isbn号码:9783540698340

丛书系列:

图书标签:

• Multiphase Flow
• Fluid Dynamics
• Heat Transfer
• Chemical Engineering
• Transport Phenomena
• Computational Fluid Dynamics
• Interfacial Phenomena
• Bubble Dynamics
• Droplet Dynamics
• Flow Instabilities

复杂系统中的界面现象与非平衡态传输：一本关于流体力学、热力学与材料科学交叉领域的深度探索 本书聚焦于宏观与微观尺度下复杂介质中的动态行为，深入剖析了多组分、多相体系中的界面张力、相变动力学、以及非经典输运机制。 本书并非侧重于传统的管道或均匀介质中的经典流动描述，而是将目光投向了那些由跨尺度耦合效应和局部非平衡态所主导的系统，旨在为研究人员提供一套严谨的理论框架和先进的数值模拟工具，以理解和预测复杂流体系统的演化路径。 第一部分：界面科学与亚微米尺度的相互作用 本部分构建了理解复杂流体系统行为的基础——界面。界面不仅仅是相与相的分界线，更是能量、动量和物质传递速率的决定性因素。 第一章：非均匀流体中的广义界面热力学 本章首先回顾了经典吉布斯-亥姆霍兹方程在曲率和电场影响下的修正。重点探讨了非均匀性对界面能的贡献，特别是在纳米颗粒悬浮液或胶体体系中，粒子表面的化学势梯度如何影响整体热力学势。引入了非局部热力学理论，用于描述界面层内部分子间相互作用导致的非平衡态效应，这对于高剪切速率或快速相变过程至关重要。详细分析了界面粘滞性（Interfacial Viscosity）对宏观流动阻力（如乳液或泡沫的破裂速度）的影响机制。 第二章：毛细现象与润湿动力学的高级分析 本章超越了杨氏方程的静态描述。引入动态润湿模型，探讨液滴在粗糙或化学梯度表面上的移动速度与接触角滞后现象的定量关系。重点分析了Marangoni效应在微重力或受限空间内的放大作用，以及如何通过表面活性剂梯度来主动控制界面流。此外，对多孔介质中非达西流动进行了深入探讨，结合分形几何描述孔隙结构，推导了流体在复杂几何结构中渗流的有效输运系数。 第三章：相变与成核的随机过程 本章关注相变过程的动力学本质，即成核理论。从经典成核理论（CNT）出发，逐步过渡到密度泛函理论（DFT）在描述液-固界面附近密度涨落的应用。详细阐述了异质成核的机制，例如催化剂表面缺陷对过冷度的影响。对于结晶或凝固过程，引入了界面生长速率方程，考虑了扩散限制和反应动力学限制下的生长模式转变（如Dendritic Growth的控制参数）。 第二部分：非平衡态输运现象与流变学 本部分侧重于描述流体在远离热力学平衡态下的行为，特别是粘弹性流体和颗粒悬浮液中的动量和能量耗散机制。 第四章：剪切依赖性流体与结构演化 本书将大量篇幅用于非牛顿流体的本构方程。重点探讨了高分子溶液、熔体和富集胶体体系中的粘弹性。引入了诸如Phan-Thien-Tanner模型和Giesekus模型，并结合实验数据（如振荡剪切流变学）验证了这些模型在描述应力松弛和弹性恢复方面的准确性。讨论了剪切诱导的结构各向异性（Shear-induced anisotropy）如何影响介质的宏观导热性和扩散系数。 第五章：颗粒与纤维悬浮液的瞬态动力学 本章探讨了分散相（颗粒、气泡、纤维）对连续相流动的影响。引入了第二梯度理论来描述颗粒间接触力和排斥作用对有效粘度的修正。深入分析了电动力学效应（如在电场或磁场中对导电颗粒或磁性流体的控制）。特别关注非均匀颗粒填充率下的宏观应力张量计算，包括应力异向性的量化方法。 第六章：耦合的能量与质量传递 本章处理复杂的耦合传递问题，例如Soret效应和Dufour效应在温度梯度和浓度梯度并存时的相互作用。重点在于解析扩散-热扩散耦合系数，并将其应用于如燃料电池电解质或盐水梯度能利用中的效率优化。讨论了在强耦合系统（如沸腾或冷凝）中，相变潜热的传递如何受到局部过热或过冷度的反馈调制。 第三部分：跨尺度建模与数值方法论 本部分为理论研究提供了实用的计算工具和先进的模拟范式，旨在连接微观物理与宏观工程应用。 第七章：介观尺度的模拟技术：晶格玻尔兹曼方法（LBM） 本书详尽介绍了格子玻尔兹曼方法作为模拟复杂流体运动的强大工具。相较于传统的Navier-Stokes求解器，LBM在处理复杂边界条件（如多孔介质、移动边界）和多相流界面（如Shan-Chen模型）方面具有天然优势。本章详细推导了Shan-Chen模型的物理意义，并演示了如何将其扩展以纳入热传输和化学反应速率。 第八章：分子动力学与介观模型的桥接 本章探讨如何利用分子动力学（MD）模拟的结果来校准介观模型（如LBM或连续介质模型）中的关键参数。重点是如何从原子尺度的相互作用中提取有效界面粘滞系数和扩散系数。介绍了反应性分子动力学（ReaxFF）在模拟流体化学反应与流变学耦合中的应用，特别是在高压或高温环境下的材料失效分析。 第九章：多尺度建模的框架构建 本章总结了将不同尺度的模型（从QM/MD到CFD）有机结合的多尺度方法论。讨论了均质化技术（Homogenization）在从微观结构推导宏观有效参数时的适用范围和局限性。最后，以一个实际案例——例如高强度搅拌反应器中的乳化过程——来展示如何整合界面热力学、流变学以及跨尺度数值方法，以实现对整个系统的精确预测与控制。 --- 本书适合对象： 致力于流体力学、化学工程、材料科学、物理化学及计算物理领域的高级研究生、博士后研究人员、以及需要深入理解复杂界面现象的工业研发工程师。本书要求读者具备扎实的经典流体力学和热力学基础。

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