Heat Transfer Physics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Kaviany, Massoud

出品人:

页数:688

译者:

出版时间:2008-8

价格:$ 183.06

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521898973

丛书系列:

图书标签:

热传导
热对流
辐射
传热学
物理学
工程热物理
传热分析
热力学
流体力学
传热系数

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具体描述

This is a graduate textbook describing atomic-level kinetics (mechanisms and rates) of thermal energy storage; transport (conduction, convection, and radiation); and transformation (various energy conversions) by principal energy carriers. These carriers are: phonon (lattice vibration wave also treated as quasi-particle), electron (as classical or quantum entity), fluid particle (classical particle with quantum features), and photon (classical electromagnetic wave also as quasi-particle). The approach combines the fundamentals of the following fields: molecular orbitals-potentials, statistical thermodynamics, computational molecular dynamics, quantum energy states, transport theories, solid-state and fluid-state physics, and quantum optics. These are rationally connected to atomic-level heat transfer and thermal energy conversion. This textbook presents a unified theory, over fine-structure/molecular-dynamics/Boltzmann/macroscopic length and time scales, of heat transfer kinetics in terms of transition rates and relaxation times, and modern applications, including nano- and microscale size effects. Numerous examples, illustrations, and homework problems with answers enhance learning.

流体力学基础：湍流与非牛顿流体动力学研究图书简介本书深入探讨了流体力学领域中两个至关重要且极具挑战性的分支：湍流现象的理论与模拟，以及非牛顿流体的复杂行为。本著作旨在为研究生、科研人员以及对高级流体力学有浓厚兴趣的工程师提供一个全面、深入且严谨的学术平台。我们致力于阐明这些复杂流动背后的基本物理机制，介绍最新的数值方法，并展示其在工程实践中的关键应用。第一部分：湍流理论与模拟的前沿进展湍流流动是自然界和工程应用中最普遍存在的现象之一，从大气环流到管道内的血液流动，其内在的随机性、多尺度结构和巨大的能量耗散机制，一直是流体力学研究的核心难题。本部分将系统梳理湍流研究的经典理论并聚焦于当前的研究热点。第一章：湍流的统计描述与本征特性本章从雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 方程入手，详细阐述了湍流脉动量的统计描述方法，包括平均速度、脉动速度、湍动能 ($k$) 以及耗散率 ($epsilon$) 的定义。我们将深入探讨湍流的尺度分离思想，介绍爱德卡尔-佩蒂特 (Edcarl-Petit) 尺度模型，并分析湍流各向异性（Anisotropy）的形成机理。重点内容包括：湍流模型的发展历程：从零阶模型（如 $k-epsilon$ 模型）到二阶模型（如 RSM 模型）的理论基础和局限性。湍流闭合问题：针对雷诺应力项的数学处理，探讨湍流粘度概念的物理意义及其适用范围。特征时间尺度与长度尺度分析：讨论Kolmogorov微尺度和积分尺度的物理界限，以及它们在描述湍流能量级联中的作用。第二章：直接数值模拟 (DNS) 与大涡模拟 (LES) 随着计算能力的飞速发展，基于解析和数值方法对湍流进行高保真模拟已成为可能。本章将详尽介绍计算流体力学（CFD）在湍流模拟中的应用。 DNS 的严格性与挑战：阐述对Navier-Stokes方程进行全尺度解析的数学要求（特别是网格分辨率和时间步长约束），并讨论其在实际工程问题中的应用瓶颈。 LES 的亚格子模型 (SGS)：这是LES的核心。我们将详细分析Smagorinsky模型、动态Smagorinsky模型及其修正版本。重点在于如何准确捕捉被滤波尺度以下的湍流作用，特别是对于壁面附近边界层湍流的处理。混合RANS/LES方法：介绍将高精度LES用于近壁区，而采用RANS模型处理远场的方法（如 $ ext{DES}$ 和 $ ext{IDDES}$ ），以平衡计算成本与精度需求。第三章：复杂几何与流动控制湍流在非均匀壁面和复杂边界条件下的行为，是进行精确预测的关键。壁面函数与边界条件：讨论粘性亚层、缓冲层和惯性区的速度剖面，以及如何为数值模拟选择合适的壁面处理方法。主动与被动流控技术：介绍通过改变表面粗糙度（被动）、引入吹吸气（主动）或脉冲激励来抑制或增强湍流的物理机制。探讨如何利用模态分析（如POD）识别控制流动的关键模式。 --- 第二部分：非牛顿流体的本构关系与输运现象非牛顿流体广泛存在于食品加工、生物医学、高分子材料和地质工程中。这类流体的剪切应力与剪切速率之间不呈线性关系，使得传统的牛顿流体分析方法完全失效。本部分致力于构建理解和预测这些复杂流体行为的理论框架。第四章：非牛顿流体的分类与本构方程本章首先对非牛顿流体进行系统分类，并详细推导和分析了主要的本构关系模型。粘度随剪切速率变化的流体 (时间无关)：深入分析Power-law (幂律) 模型、Bingham塑性模型（考虑屈服应力）以及Herschel-Bulkley模型。讨论这些模型在描述剪切增稠（Dilatant）和剪切稀化（Pseudoplastic）流体时的适用性与参数辨识。粘度随时间变化的流体 (时间依赖)：探讨触变性（Thixotropy）和流变性（Rheopexy）现象，分析其内在的微观结构松弛过程。介绍Viscoelastic Model（粘弹性模型）的引入，特别是Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型在线性粘弹性范围内的应用。复杂流体的微观结构关联：探讨高分子链缠结、胶体颗粒网络结构对宏观流变行为的决定性影响，介绍“结构性粘度”的概念。第五章：非牛顿流动的输运过程与特征现象非牛顿流体的流动往往伴随着独特的现象，这些现象对设备设计和工艺优化至关重要。非牛顿流体中的流动稳定性：分析剪切不稳定性和拉伸不稳定性的发生条件，特别是针对高分子熔体挤出过程中的“绳状不稳”（Die Swell）现象，涉及拉伸粘度的引入。非牛顿流体中的传热与传质：讨论在幂律流体和粘弹性流体中，由于流速剖面和剪切热效应导致的传热系数变化。例如，非对称速度剖面对热边界层发展的独特影响。特殊流动剖面分析：重点分析非牛顿流体在圆管和平板上的完全发展流动，求解拉普拉斯方程和泊肃叶流动（Poiseuille Flow）的修正形式，并对比其与牛顿流体的差异。第六章：数值方法与前沿应用由于非线性方程组的复杂性，数值求解是非牛顿流体研究的核心工具。有限体积法 (FVM) 与有限元法 (FEM) 的适应性：比较这两种方法在处理非线性本构关系和复杂边界（如自由表面流动）时的优劣。重点讨论如何稳定求解包含屈服应力的Bingham塑性模型的数值计算。粘弹性流体的求解策略：介绍针对粘弹性方程中“高频振荡”问题的数值稳定化技术，如Log-conformation方法或流线迎风法。工程案例分析：展示非牛顿流体力学在生物血液替代品输送、印刷电子墨水喷射、以及复杂矿浆的管道输运等领域的实际应用案例，强调流变学参数对系统性能的敏感性。本书结构严谨，推导详尽，不仅提供了深厚的理论基础，更结合了最新的计算流体力学技术，是该领域研究人员和高级学习者不可或缺的参考资料。