液体表面张力尺度效应的模拟计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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闫红 著

图书标签:

• 表面张力
• 尺度效应
• 模拟计算
• 流体力学
• 界面科学
• 数值模拟
• 分子动力学
• 微流体
• 多尺度方法
• 材料科学

店铺： 北京大学图书专营店

出版社： 暂无

ISBN：9787030499127

商品编码：11889822750

包装：平装

出版时间：2017-03-01

基本信息

书名：液体表面张力尺度效应的模拟计算

：68.00元

作者：闫红

出版社：暂无

出版日期：2017-03-01

ISBN：9787030499127

字数：

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.4kg

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导语_点评_推荐词

内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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复杂流体动力学界面现象的数值模拟与分析 本书旨在深入探讨复杂流体系统界面行为的理论基础、先进数值模拟方法及其在工程实际中的应用。全书内容聚焦于流体动力学、传热传质过程在多相界面处的复杂耦合机制，尤其关注在特定外部作用（如电场、磁场、微重力环境或极端温度/压力条件）下，界面结构、动力学演化以及宏观性能之间的内在联系。 第一部分：复杂流体系统基础理论与界面物理 本部分首先回顾了描述流体运动和界面演化的基本控制方程组，包括Navier-Stokes方程的推广形式，以及适用于描述非牛顿流体、高分子溶液或粘弹性介质的本构关系。重点阐述了界面两侧物理性质的突变如何影响流场的梯度和能量耗散。 深入分析了界面能理论在描述液-液、气-液或固-液界面稳定性中的作用。详细介绍了杨氏方程在弯曲界面上的应用，以及拉普拉斯-庞加莱方程在预测毛细现象和液滴形状时的局限性与修正。讨论了界面附近物质的分子间作用力，包括范德华力、电双层相互作用等，如何共同决定了宏观尺度的界面张力表现。 特别关注了界面不稳定性的热力学驱动力，如马兰戈尼效应（Marangoni Effect）的物理机制。通过对温度梯度和浓度梯度引起的表面张力梯度驱动的流动进行深入的线性稳定性分析，推导出临界马兰戈尼数（Marangoni Number）的判据，并结合实验观测，解释了在薄膜涂布、液滴蒸发等过程中出现的条纹、涡旋结构等复杂的界面图案形成机理。 第二部分：先进数值模拟技术与算法实现 本部分详尽介绍了用于捕捉和精确演化流体界面的主流数值方法。 1. 界面捕捉技术： 体积平均法（Volume of Fluid, VOF）： 详细阐述了VOF法的数学模型、界面重建算法（如PLIC、线界面重构）的优缺点，以及其在处理界面拓扑变化（如液滴破碎、合并）时的数值稳定性和精度问题。探讨了如何通过动量守恒修正来提高VOF方法在强变形界面上的准确性。 水平集方法（Level Set Method, LSM）： 介绍了LSM利用距离函数描述界面的优势，特别是在处理界面拓扑变化时的便利性。重点讲解了重新初始化（reinitialization）过程的必要性与实现方法，以及如何将LSM与Navier-Stokes方程耦合，确保动量守恒。 相场模型（Phase Field Method, PFM）： 深入分析了PFM如何通过引入一个演化变量来描述相变和界面结构，避免了传统方法中尖锐界面的处理难题。讨论了相场方程的梯度流形式，以及如何通过调整扩散系数和自由能密度函数来精确控制界面宽度和界面能。 2. 动量与传热传质耦合： 系统阐述了如何将上述界面捕捉方法与求解流体动力学方程（如有限体积法或有限元法）相结合。重点讨论了界面边界条件的处理，包括速度的连续性、应力平衡条件（应力边界条件），以及如何准确地将界面张力项（通常是表面力）引入到流体控制方程的源项中。 针对热对流问题，介绍了如何耦合求解能量方程，并处理界面处的热流边界条件。在传质问题中，详细讨论了界面处的质量交换模型（如蒸发-冷凝模型），以及如何利用界面信息驱动流体运动（如气液相变驱动的流动）。 第三部分：特定耦合系统中的界面动力学 本部分将所学的理论和数值方法应用于几个关键的工程物理问题。 1. 复杂流体中的悬浮与沉积： 探讨了在非牛顿流体（如剪切稀化或剪切增稠流体）中，颗粒物或气泡的运动规律。分析了界面剪切力对颗粒捕获和输运的影响，并模拟了复杂介质中分散相的团聚或分散稳定性。 2. 电动/磁流体力学界面： 针对在外部电场或磁场作用下的界面行为，引入了电场力项（如Maxwell应力张量）或磁场力项到Navier-Stokes方程中。模拟了电润湿现象中液滴的铺展和移动，以及磁性流体在磁场梯度下的界面变形。 3. 微重力与高真空环境下的液态燃料管理： 模拟了在低重力条件下，燃料箱内液体与气体的动态行为，特别是推进剂在角落、导流结构上的铺展和附着行为。研究了表面张力与惯性力、粘性力的竞争，以指导气液分离装置的设计。 4. 薄膜流动与涂层质量控制： 深入分析了在高速涂布、旋涂等过程中，液体薄膜的失稳机制（如拉伸失稳、山脊失稳）。通过高分辨率的界面模拟，揭示了流场波动如何导致涂层厚度不均匀性，并提出了基于流体力学控制的厚度优化策略。 结论与展望 全书最后总结了当前界面模拟技术面临的挑战，如如何高效处理界面处的高曲率、高速度梯度问题，以及如何将微观尺度的分子动力学模拟结果平滑过渡到宏观尺度的连续介质模型。展望了未来在多尺度耦合、机器学习辅助下的界面参数辨识，以及超材料表面与流体界面相互作用等前沿研究方向。 本书适合于流体力学、化学工程、材料科学以及航空航天工程等领域的研究人员、工程师和高年级研究生阅读。它不仅提供了坚实的理论框架，更重要的是，提供了解决复杂界面问题的实用数值工具箱和深入的案例分析。

评分☆☆☆☆☆

通读全书，我感受到一股源自深厚学术积累的自信与从容。作者在引证文献时，表现出一种广博的视野，他将看似不相关的不同领域的研究成果巧妙地编织在一起，构建出一个宏大的理论框架。这种整合能力，是衡量一部优秀学术著作的重要标准。尤其是在章节的收尾部分，作者总能提炼出精辟的总结性陈述，这些总结不仅是对前文内容的凝练，更常常是为下一部分内容铺设的精巧的引子，读起来极具连贯性和期待感。整部作品的节奏掌握得如同一次精心编排的交响乐，有激昂的高潮（如关键性公式的推导），也有宁静的间奏（如背景理论的回顾），张弛有度，令人沉醉。这不仅仅是一部关于物理现象的书籍，它更像是一份对如何进行高质量、高深度研究的示范指南，其价值远超其单纯的学科范畴。

评分☆☆☆☆☆

这部作品的文字编织得像一张精密的网，牢牢捕捉住了宏观世界与微观粒子之间那种微妙的、令人着迷的互动。初读之下，便能感受到作者对物理现象深刻的洞察力，他不仅仅是在描述一个公式或一个现象，而是在引导读者进入一个充满活力的微观剧场。书中的理论阐述部分，尤其是在涉及能量耗散和界面动力学时，行文流畅且逻辑严密，仿佛高明的棋手在布局，每一步都经过深思熟虑，没有半点多余的冗笔。我特别欣赏作者在解释复杂概念时所采用的类比手法，它们不是那种生硬的、教科书式的比喻，而是带着生活气息和直观性的，能瞬间点亮那些原本晦涩难懂的物理图像。比如，他对“弛豫时间”的描述，让人联想到了夏日午后，粘稠的蜂蜜缓缓流淌的画面，这种艺术性的表达，极大地降低了阅读门槛，使得即便是对该领域了解不深的读者，也能窥见其精妙之处。整体而言，这是一本既有学术深度，又不失文学韵味的佳作，读来令人心悦诚服。

评分☆☆☆☆☆

从排版和装帧上看，这本书也体现出一种对阅读体验的尊重。纸张的质地温润，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，这对于一部需要高度集中注意力的专业书籍来说至关重要。更值得称赞的是其插图和图表的质量。许多复杂的力学模型和晶格结构图，都被清晰且精准地描绘出来，线条的粗细、阴影的过渡都处理得恰到好处，有效地避免了视觉上的混乱。我尤其欣赏作者在引入新变量或新坐标系时所采用的符号系统，它保持了高度的一致性和逻辑性，使得读者在切换思维模式时能够游刃有余。这种对细节的执着，无疑反映了作者本人的治学态度——严谨、精确、追求极致。它不仅仅是一本传授知识的书，更像是一份精雕细琢的艺术品，值得收藏和反复研读，每一次重温，似乎都能发现新的光泽。

评分☆☆☆☆☆

这本书最独特的一点，在于它对“尺度”这个核心概念的解构与重构。很多物理学著作在处理尺度问题时，往往会陷入过度的简化，从而牺牲了对真实复杂性的描述。然而，作者却勇敢地挑战了这一点，他似乎在用一种近乎哲学的思辨方式，去探讨当系统尺寸跨越几个数量级时，支配它的基本定律会如何“变脸”。这种探讨并非空泛的哲学思辨，而是紧密结合了计算方法的选择与限制。例如，在论述网格收敛性时，作者深入探讨了数值模拟对物理真实性的“近似程度”，这种诚实的自我反思，使得全书的论述具有了极强的可信度。它没有给人一种“万事皆可求解”的错觉，而是坦诚地展示了科学探索的边界与挑战，这种谦逊而有力的姿态，极大地提升了作品的格调，让人在学习知识的同时，也受到了治学精神的熏陶。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，更像是一次对自然界基本法则的深度朝圣之旅。作者的笔触极其细腻，尤其在探讨不同温度和浓度梯度下流体行为的演变时，那种层次感和递进性让人叹为观止。我注意到，在讨论系统稳定性的部分，作者巧妙地引入了统计热力学的视角，将原本看似孤立的现象串联成一个有机的整体。这种跨学科的融合，使得全书的视野极其开阔，不再局限于传统的流体力学框架。最令人印象深刻的是其对实验数据的解读方式，没有简单地罗列数字，而是将数据点视为一个个有故事的节点，通过精妙的曲线拟合，挖掘出背后隐藏的物理机制。读到此处，我仿佛亲自站在实验室中，看着温度计上的刻度缓慢上升，观察着那些肉眼几乎不可见的结构如何悄然重塑。这种沉浸式的阅读体验，是许多同类著作所欠缺的，它成功地将冰冷的科学语言，转化成了可以感知的、鲜活的知识。