气液两相流旋涡脱落特性及工程应用

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出版者:化学工业出版社
作者:林宗虎
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2001-8
价格:27.0
装帧:平装
isbn号码:9787502532772
丛书系列:
图书标签:
  • 气液两相流
  • 旋涡脱落
  • 流体动力学
  • 传热
  • 工程应用
  • 数值模拟
  • 实验研究
  • 分离技术
  • 流体机械
  • 化工工程
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具体描述

《流体动力学前沿:湍流结构与能量耗散》 本书深入探讨了流体动力学的核心议题,聚焦于湍流结构的形成、演化以及其内在的能量耗散机制。不同于传统的宏观描述,本书从微观尺度切入,解析了湍流中关键的涡旋结构,如科尔莫戈罗夫涡、普朗特涡等,及其在能量级串中的作用。 第一部分:湍流微观结构解析 本部分详细阐述了湍流的统计理论,特别是关于均匀各向同性湍流的尺度谱和概率密度函数。我们将从Kolmogorov理论出发,逐步引入了更精细的次级湍流模型和非直观湍流模型,以更全面地理解湍流的复杂性。内容涵盖: 湍流生成与发展: 从线性不稳定性到非线性相互作用,解析了如何从层流转变为湍流,并分析了不同雷诺数下的湍流特征。 涡旋动力学: 详细介绍了涡旋的生成、增长、传播以及相互作用。通过对涡旋运动方程的分析,揭示了涡旋在传递和耗散能量中的关键作用。 尺度谱与能量级串: 阐述了湍流能量在不同尺度上的分布,以及能量如何从大尺度向小尺度传递,最终在惯性区通过粘性耗散而衰减。 高阶矩与统计学: 探讨了湍流速度场的高阶统计量,以及它们与能量耗散率之间的关系。介绍了概率密度函数在描述湍流涨落中的重要性。 第二部分:能量耗散的微观机制 本部分专注于流体中能量耗散的根本原因——粘性作用。我们将深入剖析粘性在微观尺度上如何将动能转化为热能,以及其与湍流结构之间的耦合关系。 粘性耗散的来源: 详细分析了Navier-Stokes方程中的粘性项,并解释了它如何在流体运动中引入能量损耗。 耗散区(Dissipation Scales): 重点研究了Kolmogorov耗散尺度,即能量耗散最显著的微观尺度。探讨了如何通过实验和数值模拟来精确捕捉这一尺度下的粘性效应。 耗散率的量化: 介绍了计算平均能量耗散率的各种方法,并分析了影响耗散率的关键参数,如雷诺数、Prandtl数等。 耗散的非均匀性: 讨论了在实际流动中,能量耗散并非均匀分布,而是集中在某些区域,如涡旋核心和剪切层,并分析了这些区域的特点。 第三部分:计算方法与实验技术 为了深入理解湍流的微观结构和能量耗散,本书还介绍了当前最先进的计算流体动力学(CFD)方法以及实验测量技术。 直接数值模拟(DNS): 详细介绍了DNS在解析湍流细节方面的优势,包括网格分辨率、时间步长等关键要求,以及其在验证理论模型方面的作用。 大涡模拟(LES)与雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法: 对比分析了LES和RANS方法的适用范围、模型假设以及计算效率,并讨论了它们在工程应用中的选择与优化。 先进实验技术: 介绍了粒子图像测速(PIV)、激光多普勒测速(LDV)、热线/热膜测速等实验技术,以及它们如何用于捕捉流场中的涡旋结构和测量能量耗散。 第四部分:湍流研究的新进展与展望 本书的最后部分将聚焦于湍流研究领域的最新进展,包括湍流与化学反应的耦合、生物流体力学中的湍流现象以及湍流控制策略等,并对未来的研究方向进行展望。 湍流与多相流: 简要介绍了湍流在多相流体中的作用,例如粒子在湍流场中的输运和扩散。 生物体内的湍流: 探讨了湍流在生物体内的存在及其功能,例如血液流动和鸟类飞行。 主动与被动湍流控制: 讨论了通过改变边界条件或引入外力来改变湍流特性,以达到减阻、增强混合等目的的各种控制方法。 人工智能与湍流: 探讨了机器学习在湍流预测、模型建立和数据分析中的潜力。 本书适合于流体力学、机械工程、航空航天工程、化学工程以及物理学等相关专业的学生、研究人员和工程师阅读,旨在为读者提供一个全面且深入的湍流动力学知识体系。

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目录信息

读后感

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用户评价

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本书在工程应用案例的选取上,我认为是非常有代表性的,并且具有很强的时效性。作者并没有泛泛而谈,而是精选了几个在实际工程中非常典型和具有挑战性的应用场景,如核反应堆冷却系统中的气液两相流、油气管道输送中的多相流、以及化工反应器内的混合与分离过程等。对于每一个案例,作者都详细分析了该场景下气液两相流的特点和关键问题,并结合前面介绍的理论和方法,给出了具体的解决方案。例如,在分析核反应堆冷却系统时,作者详细阐述了在紧急情况下,蒸汽泡的生成、生长和溃灭对反应堆安全性的影响,并讨论了如何通过优化冷却剂的流动设计来降低风险。在油气管道输送的案例中,作者则重点探讨了气液夹带、分层流动等现象对输送效率和安全性的影响,并提出了相应的工程控制措施。我尤其欣赏的是,作者在讨论这些工程应用时,不仅仅停留在描述现象,而是深入分析了问题的根源,并提供了可行的技术建议。这些案例的分析,让我能够将书本上的理论知识与实际工程需求紧密联系起来,也为我未来的工作提供了重要的参考。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。深邃的蓝色作为底色,仿佛象征着流体世界的无限可能,而中央那一抹旋转的漩涡,用渐变的色彩和流动的线条勾勒,则精准地传达了“旋涡脱落”这一核心概念。这种视觉上的冲击力,瞬间就激发了我想要深入了解这本书内容的好奇心。我通常会花一些时间去观察书籍的装帧细节,比如纸张的触感、印刷的清晰度,以及字体的大小和风格。这本书的纸张触感细腻,印刷字迹清晰,即使是那些复杂的图表和公式,也都能一览无余,这在阅读技术类书籍时至关重要。我尤其欣赏的是,封面并没有采用过于花哨或卡通化的设计,而是以一种严谨而富有艺术感的方式呈现,这让我感觉作者在内容的呈现上也同样认真和专业。它没有试图用华丽的外表来掩盖内容的深度,反而通过简洁而富有力量的设计,暗示了其内在的学术价值。读到一本封面设计与内容相得益彰的书,总能带给我一种莫名的愉悦感,仿佛在开启一段高质量的学术探索之旅。这本书的封面,无疑为我这次阅读体验奠定了良好的基础,让我对即将接触到的知识充满了期待,也更加确信自己没有选错。

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这本书对数学模型的构建和推导过程的阐述,也让我感到非常满意。我深知,在气液两相流这样复杂的领域,数学模型是描述和预测其行为的关键工具。作者在处理这些模型时,并没有采用“拿来主义”的方式,而是详细地展示了模型的建立过程。从最基本的守恒方程开始,一步步地引入各种假设和简化,最终推导出适用于特定问题的模型方程。在推导过程中,作者会清晰地解释每一步的物理意义和数学原理,并且会在关键步骤给出详细的推导过程,而不是简单地跳过。例如,在推导动量方程时,作者会详细列出每一种力的来源和数学表示,并解释这些力在气液两相流中的具体作用。此外,作者还会针对不同的流动机理,介绍和比较几种常用的数学模型,并分析它们各自的优缺点和适用范围,这让我能够根据实际工程需求,选择最合适的模型。我尤其欣赏作者在模型验证方面的努力,他们会将模型的预测结果与实验数据进行对比,并分析模型预测的精度和局限性。这种对模型构建和验证过程的全面展示,极大地增强了我对书中理论的理解和应用能力。

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这本书在研究方法的介绍上,我认为也非常具有启发性。作者不仅详细介绍了传统的实验测量方法,比如PIV(粒子图像测速)和LDA(激光多普勒测速)等,还着重阐述了如何在复杂的气液两相流环境中,有效地应用这些技术来捕捉旋涡脱落的瞬时信息。我尤其欣赏作者在解释实验误差来源时,所表现出的审慎态度,他们会详细讨论不同测量技术可能带来的局限性,以及如何通过优化实验设计来减小误差。此外,作者还对计算流体力学(CFD)在研究旋涡脱落特性中的应用进行了深入的探讨,并分享了他们在选择合适的数值模型、网格生成以及后处理分析方面的经验。我注意到书中还引用了一些非常前沿的研究方法,比如基于机器学习的旋涡结构识别和预测技术,这让我对该领域的最新研究动态有了初步的了解。这种对研究方法的多维度介绍,不仅让我能够理解书中的研究成果是如何获得的,更重要的是,它为我自己在未来进行相关研究时,提供了宝贵的思路和方法论指导。

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在我翻开这本书的扉页,首先映入眼帘的是致谢部分。我个人非常看重作者在致谢中流露出的真诚情感和对学术界同仁的尊重。这本书的作者似乎与许多业内资深研究者有着密切的学术交流,在致谢名单中频繁出现一些我耳熟能详的学者名字,这不仅说明了作者的学术背景扎实,也暗示了书中内容可能包含了前沿的研究成果和权威的观点。我喜欢阅读技术书籍时,能够感受到作者在学术传承上的努力,以及他们对科学研究的敬畏之心。作者在致谢中对家人和朋友的感谢,也让这本书显得更加有人情味,打破了纯粹技术类书籍的冰冷感。这种人文关怀的注入,让我在阅读枯燥的理论知识时,也能体会到作者背后付出的艰辛与热爱。更重要的是,致谢部分往往能为读者提供一个更广阔的视野,了解作者的研究是如何融入到整个学术生态系统中的,以及哪些机构或项目可能为这本书的研究提供了支持。我曾因此了解过一些非常棒的研究团队,并追溯到他们更多的学术著作,极大地拓展了我的阅读范围。这本书的致谢,让我对作者的为人和学术态度有了初步的了解,也为我深入阅读打下了信任的基础。

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作者在书中对实验数据的处理和呈现方式,也给我留下了深刻的印象。我曾经接触过一些书籍,其中实验数据的呈现要么过于简单,缺乏必要的分析,要么过于冗杂,让人难以抓住重点。但这本书在这方面做得非常专业。作者不仅提供了清晰的实验数据表格,更重要的是,他们运用了多种图表工具,如散点图、折线图、柱状图等,将数据以最直观的方式展现出来。例如,在对比不同工况下旋涡脱落频率的变化时,作者使用了多组具有不同标记和颜色的折线图,并配以详尽的图例说明,使得读者能够一眼看出不同参数对旋涡脱落特性的影响趋势。更让我赞赏的是,作者并没有止步于数据的呈现,而是对数据进行了深入的分析和讨论。他们会解释数据背后的物理机制,探讨实验结果的可能误差来源,并将其与理论预测进行对比,这种严谨的科学态度,让我对书中结论的可靠性深信不疑。在某些章节,作者甚至会引用其他研究者的实验数据,进行横向对比分析,这为我提供了一个更全面、更深入的视角来理解相关的研究问题。这种对实验数据的细致处理和深入解读,无疑提升了本书的学术价值和可信度。

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总的来说,这本书给我留下了非常深刻的印象,不仅仅是因为它提供了扎实的理论知识,更是因为它在将理论与实践相结合方面做得非常出色。作者并没有将自己局限于书斋中的理论研究,而是积极地将研究成果应用于解决实际工程问题,并且在书中详细地阐述了这一过程。我特别喜欢书中的一些“小贴士”或者“经验分享”,这些内容往往是作者在多年实践中总结出来的宝贵经验,对于读者在实际工作中规避一些常见的错误非常有帮助。例如,在讨论管道设计时,作者会提醒读者注意旋涡脱落可能引起的共振问题,并给出一些设计建议,这在我看来是非常实用的。此外,本书在参考文献的引用上也做得非常严谨,几乎每一项结论和论述都能找到相应的出处,这保证了书中内容的学术严谨性,也为我进一步深入研究提供了丰富的线索。我经常会在阅读一本好书后,去翻阅其参考文献列表,寻找更多相关的优质资源,而这本书的参考文献列表,无疑是一个宝藏。它让我认识到,科学研究是一个不断积累和发展的过程,而这本书,无疑是这个过程中浓墨重彩的一笔。

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阅读一本技术专著,我最看重的是其内容的逻辑性和条理性。这本书在这方面做得相当出色。从目录的设计来看,作者显然经过了深思熟虑。章节的划分循序渐进,从最基础的理论概念,逐步深入到具体的模型建立、数值模拟,再到工程应用案例的分析,整个脉络清晰可见,非常适合初学者逐步掌握。我特别欣赏的是,作者在每个章节的开头,都会简要概述本章的学习目标和主要内容,这让我能够提前对即将接触到的知识有一个整体的把握,从而更有针对性地去阅读。在阅读过程中,我发现作者在解释复杂概念时,会采用多种方式,比如理论推导、图表示意,甚至是一些形象的比喻,这极大地降低了理解的难度。举例来说,当作者解释“旋涡脱落的频率与流体雷诺数之间的关系”时,不仅仅给出了数学公式,还配以详细的流线图,并用“瀑布水流在遇到障碍物时产生的层叠效应”来类比,这种多维度、多层次的讲解方式,让我很快就理解了这个抽象的物理现象。这种精心设计的结构和讲解方式,确保了我即使在遇到一些生涩的术语时,也能通过前后文的联系和作者的引导,逐步理解其含义,而不是被大量的概念所淹没。

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我非常欣赏作者在书中对于“旋涡脱落”这一核心概念的深入剖析。在我看来,这不仅仅是一个理论上的物理现象,更是影响很多工程问题的关键因素。作者从最基本的流体力学原理出发,层层递进地阐述了旋涡脱落的形成机制、影响因素(如流体性质、几何形状、来流速度等)以及其产生的后果。我特别喜欢作者在解释“旋涡脱落周期”时,不仅仅给出了其与斯特劳哈尔数(Strouhal number)的关系,还深入分析了不同雷诺数下,旋涡脱落模式的演变过程,比如从规则脱落到不规则脱落,再到混沌行为的出现。书中提供了大量的示意图和实验照片,生动地展示了不同状态下的旋涡结构,让我对这些抽象的概念有了非常直观的认识。作者还详细讨论了旋涡脱落可能带来的工程问题,比如振动、噪声以及对设备寿命的影响,并提出了一些减缓或控制旋涡脱落的工程措施,例如改变物体形状、设置涡流发生器等。这种由基础理论到实际影响再到工程应用的深入讲解,让我对“旋涡脱落”这个概念有了全面而深刻的理解,也认识到了其在工程实践中的重要性。

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我注意到作者在书中对数值模拟方法的应用方面,也进行了详尽的介绍。数值模拟作为现代流体力学研究的重要手段,在预测复杂流体行为方面发挥着越来越重要的作用。这本书在这方面的介绍,给我留下了深刻的印象。作者不仅介绍了常用的数值离散格式和求解算法,还重点阐述了如何根据气液两相流的特性,选择合适的数值方法。例如,在处理自由界面和相变问题时,作者会详细介绍界面捕捉技术(如VOF方法)和相变模型,并分析它们在不同工况下的表现。更重要的是,作者分享了他们在实际应用中的经验和技巧,例如如何进行网格划分、如何选择合适的湍流模型,以及如何进行数值稳定性分析等。这些“干货”内容,对于希望将数值模拟技术应用于实际工程问题的读者来说,具有极高的参考价值。书中有大量的数值模拟结果图,这些图例清晰地展示了不同参数下的流场分布、相界面演化以及旋涡结构等,极大地帮助我直观地理解了复杂的两相流现象。作者还会在模拟结果旁边,引用相关的实验数据或理论分析,进行对比和验证,这让我对数值模拟的可靠性有了更深的认识。

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