Transport Phenomena in Microgravity pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:New York Academy of Sciences

作者:Sadhal, S. S./ MICROGRAVITY TRANSPORT PROCESSES IN FLUI

出品人:

页数:566

译者:

出版时间:

价格:2443.55元

装帧:HRD

isbn号码:9781573315630

丛书系列:

图书标签:

• Transport Phenomena
• Microgravity
• Fluid Dynamics
• Heat Transfer
• Mass Transfer
• Capillary Flows
• Space Applications
• Multiphase Flow
• Interfacial Phenomena
• Low Gravity

好的，这是一本关于流体力学、传热学和质量传递的经典教材的详细简介，内容聚焦于其核心主题和教学方法，完全不涉及“Transport Phenomena in Microgravity”： --- 《动量、能量与物质的输运：原理与应用》 内容提要与学术定位 本书旨在为高等工程和应用物理学领域的学生及研究人员提供一套关于经典输运现象——动量（流体力学）、能量（传热学）和物质（质量传递）——的全面、深入且统一的理论框架。本书的独特之处在于其对这些看似独立的现象背后的共同数学和物理基础的强调，构建起一个连贯的“输运”概念体系。 全书内容组织遵循从基本守恒定律出发，推导至宏观现象描述的逻辑顺序，强调了微观机理与宏观行为之间的桥梁作用。我们摒弃了传统教材中将流体力学、传热学和质量传递割裂讲解的弊端，力求展示三者在数学形式上的深刻相似性，从而使读者能够高效地掌握解决复杂输运问题的通用方法。 第一部分：基础原理与连续介质力学 本部分奠定了整个课程的数学基础，并深入探讨了动量输运的核心——流体力学。 1. 守恒定律与物质导数： 开篇详细阐述了质量、动量和能量的积分和微分形式的守恒定律。重点引入了物质导数（或随体导数）的概念，这是描述跟随流体微团运动的性质变化的关键工具。通过对伽利略变换下的守恒律进行回顾，确立了我们后续分析的参考系基础。 2. 粘性流体运动方程： 详细推导了牛顿流体的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程，并讨论了其在不同坐标系下的表达形式。随后，本书对非牛顿流体进行了专门章节的讨论，涵盖了剪切变稀、剪切增稠、粘弹性流体（如Oldroyd-B模型）的本构方程，拓宽了对实际工业介质流动的理解。 3. 边界条件与流动分析： 对流体问题的求解至关重要的一环是准确的边界条件。本书详尽分析了固壁无滑移、自由表面、渗透性边界等多种复杂边界的处理方法。重点案例包括：层流和湍流的转捩现象（雷诺数影响）、二维定常流动（如平板上的边界层分离）、以及不可压缩流动的伯努利方程的严格推导与应用限制。 4. 湍流模型导论： 考虑到湍流在绝大多数工程应用中的主导地位，本书用一整个章节专门讨论了湍流的本质特性，包括雷诺时均化处理（Reynolds Averaging）。随后，详细介绍了常见的雷诺应力模型，如$k-epsilon$模型和$k-omega$模型，并讨论了它们在处理近壁区和自由剪切流中的优势与局限性。 第二部分：能量输运与传热学 本部分将前一部分的动量分析基础应用于能量的传递问题。 1. 能量守恒与导热定律： 从能量守恒原理出发，推导了傅里叶定律及其在笛卡尔、圆柱和球坐标系下的微分形式——热传导方程。本书对傅里叶定律的矢量性质以及热流密度与温度梯度的关系进行了严谨的几何解释。 2. 稳态与非稳态导热： 详细分析了简单几何体（平板、圆柱、球体）在恒定边界条件下的稳态导热问题，包括热阻法的应用。对于非稳态导热，重点引入了“半无限固体”问题，并使用误差函数（erf）进行解的表示。随后，通过分离变量法求解了具有特定初始和边界条件的有限区域内的瞬态热传导问题。 3. 对流换热的统一描述： 本书将对流换热视为动量输运（流速）和能量输运（温差）的耦合。导热系数与流体动力学之间的联系通过努塞尔数（Nusselt Number）得以体现。重点章节涵盖了： 强迫对流： 内部流（管内流动）和外部流（绕流物体）的经验关联式，特别是雷诺数、普朗特数和努塞尔数之间的关系推导与验证。 自然对流： 基于浮力驱动的流动，引入了格拉晓夫数（Grashof Number）和瑞利数（Rayleigh Number）作为关键无量纲参数，分析了垂直平板和水平表面上的自然对流。 4. 辐射换热基础： 系统介绍了热辐射的基本概念，包括黑体、灰体和漫反射体的辐射特性（发射率、吸收率、反射率）。通过分析净辐射交换，推导了辐射换热在真空或稀薄介质中的应用，并探讨了辐射对整体传热的耦合影响。 第三部分：质量传递与扩散 本部分将前两部分的结构化方法应用于物质的扩散和对流输运。 1. 扩散机理与菲克定律： 详细阐述了扩散的物理本质，区分了基于浓度梯度（菲克第一定律）和基于化学势梯度（热力学驱动力）的描述。重点讨论了扩散的驱动力，并对一维稳态扩散问题（如渗透和膜分离的基础模型）进行了详细求解。 2. 对流质量传递： 借鉴传热学中的对流系数概念，引入了舍伍德数（Sherwood Number）和福劳德数（Schmidt Number）的关联。通过类比传热学中的“边界层”概念，分析了在流场中物质的对流混合与扩散过程。 3. 反应性流体与相变： 讨论了涉及化学反应的质量传递问题（如催化反应器中的扩散限制）。此外，对涉及相变的质量传递，如蒸发、冷凝过程中的传质阻力，提供了定量分析方法。 第四部分：耦合现象与应用 最后一部分展示了如何将动量、能量和物质的输运方程结合起来解决复杂的工程问题。 1. 耦合流动与传热： 分析了温度梯度引起的密度变化导致流动的“自然对流”问题（混合自由对流），以及黏度随温度变化的非线性效应。 2. 扩散与反应的耦合： 讨论了在化学反应中，反应速率和物质扩散速率共同决定系统行为的情况，例如林德勒（Lévêque）近似在快速反应系统中的应用。 3. 数值方法概述： 鉴于许多实际问题无法解析求解，本书最后概述了求解输运方程的数值技术，包括有限差分法（FDM）和有限体积法（FVM）的基本思想，特别是如何将非线性耦合方程组离散化。 --- 本书特色： 统一性： 贯穿全书的数学模型（PDE形式的守恒方程）和无量纲化思想。 深度与广度： 既包含经典解析解的严格推导，也涵盖了湍流和复杂非牛顿流等前沿工程问题的模型介绍。 面向应用： 包含大量源自化工、航空航天、材料加工和生物工程的实际算例和工程背景。

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