Theory of Molecular Fluids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Gray, C. G./ Gubbins, Keith E.

出品人:

页数:640

译者:

出版时间:1985-1

价格:$ 395.50

装帧:

isbn号码:9780198556022

丛书系列:

图书标签:

• Physics
• Molecular Fluids
• Statistical Mechanics
• Thermodynamics
• Transport Phenomena
• Non-Equilibrium
• Liquid State
• Simulation
• Intermolecular Forces
• Density Functional Theory
• Molecular Dynamics

《分子流体力学概论》 这是一本面向高级本科生、研究生以及相关领域研究人员的教科书，旨在系统地介绍和深入探讨分子层面的流体行为。本书不局限于宏观的Navier-Stokes方程及其近似，而是从微观的分子相互作用和集体动力学出发，揭示流体宏观特性的起源。通过对分子模型、统计力学原理的扎实掌握，读者将能够理解并预测复杂流体的性能，尤其是在难以精确测量或理论模型失效的极端条件下。 全书共分为十二章，结构严谨，逻辑清晰。 第一章：引言与分子流体力学的基本概念 本章将为读者构建分子流体力学的全局认知。首先，我们会阐述为何在微观尺度理解流体至关重要，特别是在纳米流体、生物流体以及高压、高温等极端环境下，宏观理论的局限性将显现。我们将深入讨论“流体”一词在分子尺度上的含义，区分不同类型的分子（刚性球体、极性分子、长链分子等）及其对宏观性质的影响。接着，本章会引入统计力学的基本概念，如系综（微正则、正则、巨正则）、配分函数及其在描述系统宏观性质中的作用。我们将强调粒子间的相互作用势在决定流体行为中的核心地位，并初步介绍几种常见的相互作用势模型。最后，本章将概述本书后续章节的研究内容和方法，为读者后续学习打下坚实的基础。 第二章：分子间的相互作用势 本章是理解分子流体行为的基石。我们将详细考察各种描述粒子间相互作用势的模型，从最简单的范德华斯势、Lennard-Jones势，到更复杂的电荷-电荷相互作用、偶极-偶极相互作用、氢键等。对于每种势能模型，我们都会讨论其物理意义、适用范围以及计算上的便利性。特别地，对于短程和长程相互作用，我们将分别阐述其对流体性质的影响，例如短程力主导的紧密堆积和长程力诱导的相变。本章还将探讨有效相互作用势的概念，即如何在某些情况下将复杂的分子间作用简化为等效的、更易于处理的势能形式。我们将分析这些势能的参数是如何通过实验数据或量子化学计算确定的。 第三章：统计力学基础与流体性质的微观计算 本章将深入介绍统计力学在描述流体系统中的应用。我们将重温并拓展配分函数的概念，探讨其如何直接关联到流体的宏观热力学性质，如内能、熵、自由能、压强等。本章的重点将放在二体和多体关联函数上，例如径向分布函数 $g(r)$，它提供了关于粒子间空间分布信息，是理解流体结构和相变的关键。我们将讨论如何从 $g(r)$ 计算流体的密度、压缩因子、以及平衡态的压强。此外，本章还将介绍蒙特卡洛（MC）模拟和分子动力学（MD）模拟作为计算统计力学性质的重要工具，并简要概述这两种方法的原理和应用。 第四章：流体的结构与相变 流体的结构与其宏观性质息息相关。本章将聚焦于流体的结构表征，特别是液体和固体的区别，以及在不同压力和温度下的相变过程。我们将利用径向分布函数来描述流体的有序度，并讨论X射线衍射、中子散射等实验技术如何表征流体的微观结构。接着，本章将深入探讨流体的相变理论，包括固液相变、液液相变（如临界点、共存曲线）以及固固相变。我们将介绍一些经典相变理论，如 Landau 理论，并讨论临界现象及其普适性。此外，本章还会初步接触玻璃态转变，分析其非平衡态动力学特性。 第五章：非平衡态流体力学与输运性质 本章将视角从平衡态转向非平衡态，探讨流体的动力学过程和输运现象。我们将介绍流体的动量守恒、能量守恒等守恒定律在微观层面的体现。重点将放在流体的粘性（剪切粘度、体积粘度）和热导率的分子起源。我们将通过Boltzmann方程及其近似方法，如Chapman-Enskog展开，来推导宏观输运方程。本章还会介绍Grüneisen参数在描述晶格振动对输运性质影响方面的作用。此外，我们还会讨论扩散现象，并介绍Einstein关系在描述扩散系数和粒子动力学之间的联系。 第六章：分子流体的模拟方法 本章将深入介绍分子模拟在研究分子流体力学中的关键作用。我们将详细阐述分子动力学（MD）模拟的算法，包括Verlet算法、Leapfrog算法等，以及如何处理边界条件（周期性边界条件）和速度重归一化。对于蒙特卡洛（MC）模拟，我们将介绍Metropolis准则、Tall-Pulling等重要算法，并说明其在生成平衡态构型和计算热力学性质上的优势。本章还将讨论如何进行有效采样，如系综转换、自由能计算等。最后，我们将探讨不同尺度模拟方法的优缺点，以及如何结合粗粒化模型来研究更大体系的动力学行为。 第七章：强关联流体与临界现象 本章将关注那些在分子相互作用非常强，或者接近临界点时表现出显著集体行为的流体。我们将深入探讨液体金属、离子液体、超临界流体等强关联体系的特殊性质。本章的重点是临界现象，包括临界指数、关联长度的尺度律，以及重正化群方法在解释临界行为中的作用。我们将讨论二阶相变的普适类，以及不同物质的临界行为为何可能归属于同一普适类。此外，本章还会探讨临界点附近的涨落效应，以及这些涨落如何影响流体的输运性质。 第八章：界面与表面现象 流体在界面处的行为是许多实际过程的关键。本章将研究液体表面张力、界面张力、润湿性等现象的分子起源。我们将利用统计力学的方法，计算界面的热力学性质，如表面能、表面熵。本章还将探讨界面的结构，例如液体表面层的弛豫效应和分子取向。我们将分析吸附现象，包括单层和多层吸附，以及Langmuir吸附模型和BET模型。最后，本章会讨论界面动力学，如表面扩散、界面迁移等。 第九章：高压与极端条件下的流体 在极端高压或高温条件下，流体的行为可能与常压下截然不同。本章将专门探讨这些极端条件对分子流体的影响。我们将研究高压诱导的相变，例如固化、熔点升高或降低，以及不同晶体结构的形成。本章还会讨论流体在强外场（如电场、磁场）下的响应，以及其在行星内部、恒星内部等极端环境下的行为。我们将利用计算模拟和理论模型来解释和预测这些行为。 第十章：软物质流体 软物质流体，如聚合物溶液、胶体分散体系、液晶、生物膜等，由于其组分尺度在微米到纳米之间，且组分间作用力相对较弱，表现出独特的流体学行为。本章将深入研究这些体系的结构和动力学。我们将讨论聚合物链的构象统计、扩散以及粘弹性。对于胶体体系，我们将分析其布朗运动、聚集行为以及其衍生的流变学特性。液晶的各向异性、相变以及其在显示技术中的应用也将被详细介绍。 第十一章：生物流体与生物物理学中的分子流体力学 本章将把分子流体力学的知识应用于生物学和生物物理学领域。我们将探讨细胞内的流体环境，如细胞质、核内液等，以及它们对细胞器运动、物质输运和生化反应的影响。本章还将研究生物大分子（如蛋白质、DNA）在溶液中的行为，包括其构象变化、折叠动力学以及与溶剂的相互作用。我们将分析血液、淋巴液等生物体的流体在生理过程中的作用，以及在疾病状态下的异常。 第十二章：前沿与展望 本章将对分子流体力学的最新研究进展进行回顾，并对未来的发展方向进行展望。我们将讨论当前研究的热点问题，例如量子流体（如超流氦）、复杂流体（如剪切稀化流体、剪切增稠流体）的精确模拟和理论描述。本章还将探讨机器学习和人工智能在分子流体力学中的应用，例如利用AI模型加速模拟、预测材料性质、或者发现新的流体行为规律。最后，我们将强调分子流体力学在能源、环境、材料科学等领域的潜在应用前景。 本书通过理论推导、计算模拟和实验数据的结合，旨在为读者提供一个全面而深入的分子流体力学知识体系。我们相信，掌握了本书的内容，读者将能够以全新的视角理解流体，并为解决复杂流体问题提供强大的理论工具。

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