Introduction to Particle Technology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Rhodes, Martin 编

出品人:

页数:472

译者:

出版时间:2008-6

价格:533.00 元

装帧:

isbn号码:9780470014271

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 粒子技术
• 粉体工程
• 颗粒物
• 分散体系
• 聚集
• 破碎
• 粉碎
• 混合
• 流化
• 纳米材料
• 工业应用
• 材料科学
• 化工工程

动态流体中的颗粒行为与过程：原理、模型与应用 聚焦于多相流、颗粒输运与反应工程的深度探索 本书系统深入地探讨了在动态流体环境中，固体颗粒所展现出的复杂行为、相互作用及其在各种工程过程中的应用。它超越了简单的颗粒物料处理范畴，致力于构建一个整合了流体力学、物质传递、热力学和动力学原理的统一理论框架，以精确描述和预测颗粒体系的宏观和微观现象。 本书的读者群体涵盖了化学工程、机械工程、材料科学、环境工程以及物理化学等领域的本科高年级学生、研究生以及专业工程师和研究人员。它不仅是高校高级课程的指定教材，更是从事颗粒过程开发、优化与安全评估的科研人员的必备参考书。 --- 第一部分：流体力学基础与颗粒表征 (Fundamentals and Characterization) 本部分奠定了理解颗粒系统行为的理论基础，重点关注流体动力学和颗粒本身的物理特性。 第一章：连续介质流体力学回顾 本章首先对不可压缩牛顿流体和非牛顿流体的基本方程——纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）和质量守恒方程进行了系统回顾。特别强调了雷诺数（Reynolds number）在判断流态（层流、湍流）中的关键作用。随后，深入探讨了边界层理论、流场中的速度梯度测量技术（如粒子图像测速 PIV）及其在评估颗粒-流体相互作用时的应用。对适用于描述颗粒周围流动特性的流线、涡量和剪切应力的概念进行了详尽阐述。 第二章：颗粒的几何、表面与物理性质 详细考察了影响颗粒行为的本质属性。几何特性部分包括粒径分布的统计描述（如粒径的算术平均、面积平均和体积平均的差异）、球形度、长宽比的量化方法。表面特性方面，重点分析了颗粒表面能、表面粗糙度、表面润湿性（接触角测量）及其对颗粒聚集和分散行为的决定性影响。此外，还讨论了颗粒的密度、比热容和导热系数等热物理性质的测量与模型建立，这些参数直接影响颗粒在流体中的沉降和热交换速率。 第三章：单颗粒在流场中的运动 本章聚焦于单个惰性或活性颗粒在均匀或非均匀流场中的运动学分析。从牛顿第二定律出发，推导了用于计算颗粒所受力的基本方程，包括拖曳力（Drag Force，覆盖了斯托克斯、牛顿和过渡区模型）、升力（如马格努斯力、库特-龙格力）、以及惯性力和压力梯度力。通过对流体力学边界条件的严格处理，详细分析了颗粒在剪切流、旋涡流和冲击波场中的瞬态响应，引入了运动放大因子和响应时间（Relaxation Time）的概念来量化颗粒对流场变化的敏感性。 --- 第二部分：颗粒群体的多相流模型 (Multiphase Flow Modeling) 本部分将研究重点从单颗粒扩展到大量颗粒组成的体系，建立描述颗粒群宏观行为的数学模型。 第四章：颗粒沉降与浓相流 本章深入研究了颗粒在静止或上升流体中的沉降现象。首先从双力平衡模型出发，引入了终端沉速（Terminal Settling Velocity）的概念。随后，对低浓度下的斯托克斯沉降定律进行了修正，引入了巴格诺德（Bagnold）因子以描述近壁效应和颗粒间相互作用的影响。对于高浓度悬浮液，则全面探讨了牛顿流体中的浓相沉降模型，包括颗粒床形成、界面稳定性和“活化”机制。特别分析了颗粒床的压力降计算方法，并讨论了颗粒团聚体（Agglomerates）的沉降特性。 第五章：气固流化床（Fluidized Beds）的动力学 流化现象是颗粒技术中的核心过程。本章系统阐述了流化床的原理，从最小流化速度的确定开始，深入分析了鼓泡流化床（Bubbling Fluidized Beds）和具有内构件的流化床。流体力学方面，对比了欧拉-欧拉模型（Euler-Euler Model）和欧拉-拉格朗日模型（Euler-Lagrange Model）在描述气固两相流动中的优缺点，特别是对颗粒相的“压力梯度”项处理进行了详尽的比较。本章还包括了颗粒返混（Backmixing）现象的量化、团聚体在流化床内的破碎与生成动力学。 第六章：颗粒输送与管道流 针对工业中广泛应用的密相和稀相输送系统，本章提供了详尽的工程分析方法。详细区分了气力输送（Pneumatic Conveying）的稀相（颗粒不接触）和密相（颗粒相互接触，形成塞流或波浪流）模式。提出了用于预测管道内颗粒速度剖面、摩擦损失和系统压降的经验模型和半经验模型。此外，还探讨了颗粒在弯道、分流器和阀门处的磨损与堵塞风险分析方法，并引入了冲击能模型来评估颗粒对管道壁面的侵蚀率。 --- 第三部分：颗粒过程中的传递现象与反应 (Transport Phenomena and Reactions) 本部分将重点放在颗粒体系中关键的能量和物质传递过程，以及颗粒作为反应载体的应用。 第七章：颗粒体系中的物质传递与扩散 物质传递是控制反应速率和分离效率的关键。本章首先分析了单个颗粒表面的质量传递系数（Sherwood Number）的计算，考虑了流速变化和颗粒表面形貌的影响。随后，重点讨论了多孔颗粒内部的复杂扩散机制，包括宏观扩散、微孔/介孔扩散以及化学反应在不同孔隙尺度上的影响。引入了活化能、扩散激活能和有效扩散系数的概念，并详细阐述了韦伯-史密斯（Weisz-Prater）准则在评估内扩散限制方面的应用。 第八章：颗粒体系中的热传递与能耗 热传递在催化反应器、干燥和燃烧过程中至关重要。本章分析了颗粒床层中的表观导热系数（Effective Thermal Conductivity），区分了固体导热、气体导热和辐射传热的贡献。讨论了在高温或高流速条件下，颗粒间接触热阻和床层空隙率对整体热性能的影响。针对干燥过程，建立了考虑颗粒内部水分迁移和外部对流热传递的耦合模型，用以预测干燥速率曲线和最终含湿量。 第九章：颗粒表面的化学反应动力学 将反应工程原理应用于颗粒系统。本章阐述了多相催化反应中颗粒的作用，特别是颗粒尺寸、孔隙结构和催化剂活性位点密度对整体反应速率的控制。详细分析了“颗粒内的扩散控制”和“颗粒外的对流控制”这两种主要限制机制，并提出了判定主导机制的判据。对于涉及相变的颗粒反应（如燃烧、气化或焙烧），本章提供了描述反应界面移动速率和产物逸出速率的动力学模型，包括贝克-阿维尔（Barker-Averill）模型及其在固定床反应器设计中的应用。 --- 第四部分：颗粒过程的控制与优化 (Control and Optimization) 本部分将理论模型应用于实际工程问题的解决和过程的优化。 第十章：颗粒分离技术的高级模型 系统回顾和分析了主流的颗粒分离技术。在沉降和过滤方面，本书着重于非恒定速率过滤模型（如卡尔斯曼-库珀模型）和滤饼压缩机理的研究。针对离心分离，详细分析了斯托克斯定律在圆筒离心机中的修正，包括颗粒在不同离心力场下的分离轨迹预测。对于气固分离中的旋风分离器，基于涡流场模型和颗粒运动轨迹模拟，评估了分离效率与粒径、入口速度及锥体几何尺寸的关系。 第十一章：颗粒体系的稳定性与安全 本章探讨了颗粒系统在操作条件变化下的稳定性问题。重点分析了粉尘爆炸的风险评估方法（如最小着火能、爆炸下限），并介绍了惰性化和通风控制策略。针对流化床和反应器中的颗粒堵塞（Clustering/Segregation）问题，提出了基于颗粒荷位势能（Potential Energy）和剪切应力判据的预测方法。讨论了静电荷在气固流中的积累、传输及其引发的设备污染和安全隐患的控制技术。 结论与展望 本书最后总结了颗粒技术在能源、环保和高端制造中的前沿应用，并展望了计算流体动力学（CFD）结合离散相模型（DPM）以及直接数值模拟（DNS）在未来颗粒过程设计与优化中的不可替代的作用。强调了跨学科研究，特别是与人工智能和机器学习结合，以实现复杂颗粒体系的实时智能控制。 --- 本书特色： 理论深度与工程应用并重： 紧密结合最新的研究成果，同时提供可直接用于工程计算和模拟的数学模型与参数。 模型全面性： 涵盖了从单颗粒运动到复杂多相流动的多尺度建模方法。 数学严谨性： 大量推导和解析解的讨论，为高级研究奠定坚实基础。

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简单翻过，主要读了 particle mixing and compact

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