Fluid Mechanics of Surfactant and Polymer Solutions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:edited by Victor Starov, Ivan Ivanov.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2004-1

价格:695.56

装帧:平装

isbn号码:9783211219966

丛书系列:

图书标签:

• 流体 mechanics
• 表面活性剂
• 聚合物溶液
• 界面现象
• 胶体
• 流变学
• 非牛顿流体
• 溶液化学
• 物理化学
• 软物质物理

现代流体力学前沿：湍流、微重力与生物流体的跨学科研究 本书聚焦于当前流体力学领域最具挑战性和应用前景的前沿课题，旨在为高年级本科生、研究生以及相关科研人员提供一个深入理解复杂流体行为的综合性视角。本书内容横跨经典理论的深化与新兴实验技术的应用，特别强调了多尺度、多物理场耦合在解决实际工程和自然界问题中的关键作用。 第一部分：高精度数值模拟与湍流精细化研究 本部分内容深入探讨了湍流现象的复杂性与现代计算流体力学（CFD）在高精度模拟中的最新进展。 第1章：大涡模拟（LES）的高级应用与模型验证 本章详细剖析了LES技术在处理复杂边界层流动、分离流以及非定常流动中的优势与局限。我们着重讨论了亚网格尺度（SGS）模型的最新发展，包括基于物理限制的建模方法和数据驱动的SGS模型构建。内容涵盖了湍流再生机制在不同几何结构（如翼型尾迹、管道粗糙壁面）上的定量分析，以及如何利用高阶精度格式来减小数值耗散对物理现象解析的影响。此外，本章还包含了如何通过与直接数值模拟（DNS）数据的对比，对LES模型进行严格的验证与标定。 第2章：可压缩湍流与激波/湍流相互作用 针对航空航天领域至关重要的可压缩流动，本章详细阐述了激波与湍流脉动之间的非线性耦合效应。研究内容包括：湍流强度对激波形状和传播速度的影响；激波后湍流的加速与重新发展；以及在超燃冲压发动机等高超声速应用中，如何利用高分辨率格式（如WENO和加密格式）来准确捕捉这些跨尺度现象。我们通过对二维和三维模拟案例的深入分析，揭示了能量级联在存在激波时的非传统路径。 第3章：壁面函数与近壁面区域的解析改进 近壁面区域是湍流能量耗散的核心区域，其精确模拟对边界层控制和阻力预测至关重要。本章探讨了传统壁面函数（如经典Log律）的失效点，并提出了针对非均匀压力梯度和强烈壁面激励（如等离子体激励或吹吸控制）的修正壁面函数。内容包括基于边界层分离点信息的动态壁面函数构建，以及在混合RANS/LES方法中，如何实现壁面网格的平滑过渡与物理信息的有效传递。 第二部分：微尺度与极端环境下的流体力学 本部分将焦点从宏观湍流转移到微重力、微纳尺度环境以及非牛顿流体的特殊动力学行为。 第4章：微重力环境下的液体行为与界面动力学 在微重力或失重条件下，表面张力和范德华力成为主导因素。本章详细分析了在航天器燃料管理、微重力材料科学实验中常见的液桥、液膜的形成、稳定性分析与动力学演化。内容涵盖了牛顿流体在低雷诺数下的毛细驱动流动，以及在振动或姿态变化时，液体从容器壁面脱离的临界条件。我们利用Cahn-Hilliard方程和Level Set方法模拟了液体的相变与铺展过程。 第5章：气体稀薄效应与分子动力学模拟 针对低压或高真空环境（如真空包装、空间环境），本章讨论了气体分子平均自由程与特征尺度相当时，宏观流体力学方程失效的问题。内容包括玻尔兹曼方程的数值求解方法（如有限元方法和格子玻尔兹曼方法LBM），以及如何利用分子动力学（MD）模拟来获取稀薄气体与复杂表面之间的动理学系数（如反射系数）。重点分析了低速撞击的能量转移机制。 第6章：复杂多孔介质中的渗流与热迁移 本章研究流体在具有高度不规则孔隙结构的介质中的流动与输运现象，这对于地下水文、地热能开发和储能技术至关重要。我们采用随机网络模型和成像技术（如X射线CT）重建的真实孔隙结构，结合 Brinkman 方程和修正的 Darcy 定律，分析了黏滞作用、扩散作用与对流作用的竞争关系。内容还包括孔隙尺度上的热点效应和相变对整体渗透率的影响。 第三部分：生物流体与软物质的本构关系 本部分着眼于生命科学与材料科学交叉领域，探讨了具有内部结构和时间依赖性的复杂流体的力学特性。 第7章：血液动力学与非牛顿血液模型的精化 血液是一种典型的剪切稀化流体。本章侧重于在不同尺度下描述血液黏度的本构模型，包括Cross模型和Carreau模型在动脉、毛细血管网络中的应用。我们详细讨论了红细胞的形变、聚集现象（Rouleaux formation）对整体黏度的贡献，以及在微循环中，血浆流与细胞流的层流分离效应。内容还包括利用有限元方法模拟血管壁的生物力学响应（流固耦合）。 第8章：聚合物溶液的流变学与长程弹性效应 高分子溶液在流变学上表现出显著的粘弹性。本章深入研究了Oldroyd-B模型、Weissenberg-Rabinowitsch模型等本构方程，并将其应用于描述拉伸、剪切和挤出过程中的异常行为（如弹性回缩和死胡同效应）。通过对高分子链构象变化与剪切速率的关联分析，我们解释了“长程弹性”如何在宏观流场中诱导出不稳定性，例如射出失稳（Extrudate Die Swell）。 第9章：微纳尺度下生物膜与微生物群落的流动 本章关注在生物界面上形成的生物膜（Biofilm）或微生物群落（如细菌群落）的流体力学。研究内容包括：生物膜内部的营养物质扩散与代谢产物对局部流场的影响；流体剪切力对微生物附着、生长和脱落的调控机制。我们采用浸入式边界法（IBM）模拟了柔性微生物个体在剪切流中的运动轨迹，以及它们如何通过分泌胞外聚合物（EPS）来改变局部流体的黏弹性环境，从而影响宏观物质输运效率。 结论与展望 本书最后部分总结了跨学科流体力学研究的当前瓶颈，并展望了机器学习和高性能计算在加速复杂流体模型开发和参数空间探索中的潜力，特别是在构建参数化、可预测的湍流或生物流体模型方面的未来方向。 本书特点： 理论与应用并重： 每个章节都提供严格的数学推导，并紧密联系最新的实验观测和工程需求。 聚焦前沿： 避开基础的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程介绍，直接切入高级模拟技术和非传统流体现象。 强调多尺度耦合： 贯穿全书的主线是如何将分子/微观尺度的物理机制有效地提升（或下沉）到宏观尺度的控制方程中。

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这本书的封面设计得非常专业，那种深邃的蓝色调和清晰的排版，立刻给人一种严谨、深入的学术气息。我一直对界面现象背后的物理机制非常好奇，尤其是在涉及复杂流体，比如含有表面活性剂和聚合物的体系时，传统的流体力学模型往往显得力不从心。翻开第一章，作者并没有急于抛出复杂的方程，而是先用非常直观的例子，比如肥皂水清洗油污的过程，来引出拉普拉斯压力和Marangoni效应的重要性。这种由浅入深、理论联系实际的叙述方式，对于我这样既想打下坚实理论基础，又渴望将其应用于实际工程问题的读者来说，简直是量身定做。特别是关于表面张力的微观解释部分，作者结合了分子动力学模拟的结果，让我对表面能的本质有了全新的认识，远超我之前在普通物理解释中所接触到的层面。这本书在概念的清晰度和深度上找到了一个极佳的平衡点。

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从排版和印刷质量来看，这本书也达到了出版物的顶级水准。图表的清晰度极高，即便是最复杂的相图和流线图，其细节也纤毫毕现，这对于理解三维空间中的流动模式至关重要。纸张的选择也很好，长时间阅读下来眼睛不易疲劳。更重要的是，这本书的引用文献列表非常详尽和前沿，覆盖了从经典先驱到近五年内发表于顶级期刊的工作。这为任何希望进行深入文献调研的学者提供了宝贵的资源库。总而言之，这本书无疑是表面活性剂和聚合物流体力学领域的一部里程碑式的著作，它的深度、广度和严谨性，使得它不仅适合研究生和研究人员使用，对于那些希望在工业界进行技术突破的工程师来说，也是一本不可或缺的工具书。它真正做到了对“流体中的界面与大分子”这一复杂课题进行全面而深刻的阐述。

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当我深入到关于聚合物溶液的流变学章节时，我才真正体会到这本书的价值所在。聚合物的链状结构赋予了流体极其复杂的非牛顿行为，剪切稀化、粘弹性——这些概念在其他教材中常常被泛泛而谈，但在这里，作者花费了大量的篇幅去剖析其微观机理。例如，对高分子链在剪切场中取向和缠结的描述，配有精妙的图示，让我仿佛能“看到”这些大分子在流体中是如何运动的。对于那些试图设计新型涂料、生物材料或者先进润滑剂的人来说，理解这些流变特性是至关重要的。书中对蠕变和应力松弛实验的详细解析，以及如何通过这些实验数据反推出松弛时间谱，是我在其他任何地方都没有见过如此系统和透彻的讲解。它不仅仅是告诉你“会发生什么”，而是告诉你“为什么会发生”以及“如何量化它”。

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这本书的数学推导部分严谨得令人敬畏，但同时也非常具有指导性。它没有那种为了炫耀数学技巧而堆砌复杂符号的倾向。相反，每一次引入新的偏微分方程，或者进行边界条件的设定时，作者都会非常清晰地解释其背后的物理意义。例如，在处理界面迁移和扩散时，拉格朗日描述与欧拉描述的切换，以及如何恰当地应用能量守恒和质量守恒定律，都被分解成了几个逻辑清晰的步骤。对于我个人而言，最受益匪浅的是关于数值模拟方法的介绍。作者没有仅仅停留在理论公式层面，而是探讨了如何将这些复杂的非线性方程组转化为有限元或有限差分格式，并讨论了收敛性和稳定性问题。这使得这本书不仅仅是一本纯理论参考书，更像是一本高级研究生的“实战手册”，指导你如何将纸面上的理论转化为计算机可以处理的模型。

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整本书的结构安排也极为精妙，体现了作者深厚的教学经验。从最基础的静力学平衡，过渡到描述流动性的动力学模型，再到耦合了界面效应和时间依赖性的复杂本构关系，层次感非常分明。我特别欣赏作者在每章末尾设置的“思考题与扩展阅读”部分。这些问题往往不是简单的计算题，而是引导你去质疑和探索当前理论模型的局限性，并指引你去阅读那些前沿的、尚未完全解决的研究课题。例如，关于混合系统中表面活性剂吸附动力学的探讨，就直接将读者引向了最新的表面动力学研究领域。这种设计极大地激发了我的研究兴趣，让我感觉自己不是在被动地接受知识，而是在主动地探索一个前沿领域，仿佛作者就是我的资深导师，在旁边轻轻点拨。

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