Cavitation in Non-Newtonian Fluids with Biomedical Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Brujan, Emil-alexandru/ Williams, P. Rhodri

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页数:0

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价格:145

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isbn号码:9780080453514

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• Cavitation
• Non-Newtonian Fluids
• Biomedical Engineering
• Fluid Dynamics
• Microfluidics
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• Drug Delivery
• Medical Devices
• Bioengineering
• Rheology

湍流与复杂流体动力学前沿研究 书籍名称：《湍流与复杂流体动力学前沿研究》 ISBN： 978-1-XXXX-XXXX-X 页数： 约 650 页 出版日期： 2024 年秋季 --- 内容概述 本书汇集了当代流体力学研究领域中，特别是在湍流、非牛顿流体行为、多相流的复杂相互作用，以及流体动力学在工程和环境科学中的最新应用成果。全书系统性地探讨了从基础理论构建到前沿数值模拟方法，再到尖端实验技术的一系列关键议题，旨在为高年级本科生、研究生、科研人员以及工程实践者提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架。 本书的结构设计旨在引导读者逐步理解流体运动的内在复杂性，并掌握处理实际工程难题所需的分析工具。它侧重于那些传统牛顿流体模型难以准确描述的现象，如边界层分离、混合过程中的涡旋结构演变、以及流体在极端条件下的响应。 第一部分：湍流理论的最新进展与建模挑战 第一章：湍流统计理论的深化 本章首先回顾了经典湍流理论（如雷诺平均纳维-斯托克斯，RANS）的局限性。随后，深入探讨了更高阶矩模型，如大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）在解析湍流尺度结构方面的最新进展。重点讨论了湍流各向异性、湍流脉动能量的跨尺度传递机制，以及在强旋转或压力梯度影响下的湍流演化。内容涵盖了最新的背景流对湍流结构的影响模型，特别是针对壁面剪切流中的湍流斑块（Turbulent Spots）的生成与传播。 第二章：非线性动力学与湍流的过渡 本章聚焦于从层流到湍流的过渡区域——过渡湍流。详细阐述了线性稳定性分析（如普朗特-希利希特定理）在预测临界雷诺数上的扩展应用。讨论了周期性扰动与随机扰动对湍流阈值的影响，并引入了基于动力系统理论的观点，即湍流是一种复杂吸引子的行为。分析了非线性反馈机制如何在小尺度扰动被放大为大尺度结构的过程中发挥关键作用。 第三章：先进湍流数值模拟技术 本章侧重于计算流体力学（CFD）在处理高雷诺数湍流问题时的计算效率和精度提升。详细介绍了基于有限体积法和有限元法的高阶空间离散格式，特别是适用于大规模并行计算的算法优化。内容包括求解器技术，如预条件子技术在求解大型稀疏线性系统中的应用，以及网格自适应技术（AMR）在捕捉重要流场特征（如激波或分离泡）时的策略。 第二部分：复杂流体行为的微观与宏观描述 第四章：粘弹性流体的本构关系与流变学 本部分深入探讨了粘弹性流体，这类流体同时表现出粘性和弹性特征，常见于高分子溶液和熔体中。详细解析了多种广泛使用的本构方程，包括Oldroyd-B、Maxwell模型及其改良形式。重点分析了流体在拉伸、剪切和挤出过程中的非线性粘弹性响应，例如“射出现象”（Die Swell）和“梁拉伸不稳定性”。讨论了如何通过弛豫时间、初段模量等流变学参数来预测其宏观流动行为。 第五章：颗粒悬浮液与非均匀流场 本章关注含有固体颗粒或液滴的复杂分散体系。从欧拉-欧拉和欧拉-拉格朗日方法出发，比较了这些方法在模拟稀相和浓相悬浮液中的适用性。深入探讨了颗粒对湍流脉动的影响（颗粒-湍流相互作用），以及颗粒团聚（Aggregation）和沉降动力学。内容涉及如何准确模拟颗粒形状对流场混合效率的贡献。 第六章：界面动力学与表面张力效应 本章探讨了流体界面（如气液、液液界面）在强剪切或表面张力梯度下的行为。介绍了VOF（Volume of Fluid）和水平集（Level Set）方法在追踪复杂自由界面时的优势与局限。讨论了马兰戈尼效应（Marangoni Effect）在微重力环境或存在温度梯度下的重要性，以及这些效应如何影响液滴的破碎、聚并和乳液的稳定性。 第三部分：流体动力学在工程与环境中的前沿应用 第七章：航空航天中的气动复杂性 本章将湍流和非牛顿流体的知识应用于高超声速飞行器和先进推进系统。分析了高马赫数下空气的非理想气体效应，以及边界层中的转捩现象对阻力与升力的影响。探讨了新型气动布局（如涡流发生器）如何利用受控的非线性流动结构来增强气动性能。 第八章：能源与过程工业中的高效混合 针对化工、石油和新能源领域，本章阐述了如何利用流体动力学原理优化混合过程。讨论了反应器设计中，如何通过优化搅拌器几何形状、泵的脉动特性来控制雷诺数和韦伯数，以实现快速且均匀的物质和热量传递。特别关注了在微反应器和管道内流中的非均匀流动对反应效率的影响。 第九章：环境流动与污染物输运 本章将流体力学应用于水利工程和大气科学。分析了河流中的泥沙输运模型，特别是对非牛顿流变特性（如泥浆）的描述。在环境流动方面，探讨了城市尺度空气污染物的扩散模型，包括建筑群诱导的局部湍流对污染物再循环的影响。讨论了如何利用流体动力学模拟来评估水下结构物周围的冲刷保护设计。 总结与展望 本书的最后一部分对当前流体力学研究的瓶颈进行了总结，并展望了未来研究的方向，例如量子流体力学、基于机器学习的湍流模型修正方法，以及复杂流体在生物物理系统中的新兴作用。 --- 目标读者群： 航空航天、机械、化学、土木工程及材料科学的研究生和博士后研究人员。 从事CFD软件开发及应用的高级工程师。 对复杂流体动力学有深入学习需求的教师和研究学者。 本书特色： 理论深度与工程应用紧密结合，既有严谨的数学推导，又不乏实际案例分析。 覆盖了湍流、粘弹性、多相流等多个交叉学科领域的前沿内容。 提供了大量基于现代计算和实验技术的最新研究成果。

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