Chemically Reacting Flow pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Kee, Robert J./ Coltrin, Michael Elliott/ Glarborg, Peter

出品人:

页数:928

译者:

出版时间:2003-3

价格:1289.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471261797

丛书系列:

图书标签:

化学反应工程
流动化学
反应动力学
传质传热
计算流体力学
燃烧
催化反应
多相流
非均相反应
化工过程

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具体描述

Complex chemically reacting flow simulations are commonly employed to develop quantitative understanding and to optimize reaction conditions in systems such as combustion, catalysis, chemical vapor deposition, and other chemical processes. Although reaction conditions, geometries, and fluid flow can vary widely among the applications of chemically reacting flows, all applications share a need for accurate, detailed descriptions of the chemical kinetics occurring in the gas-phase or on reactive surfaces. Chemically Reacting Flow: Theory and Practice combines fundamental concepts in fluid mechanics and physical chemistry, assisting the student and practicing researcher in developing analytical and simulation skills that are useful and extendable for solving real-world engineering problems. The first several chapters introduce transport processes, primarily from a fluid-mechanics point of view, incorporating computational simulation from the outset. The middle section targets physical chemistry topics that are required to develop chemically reacting flow simulations, such as chemical thermodynamics, molecular transport, chemical rate theories, and reaction mechanisms. The final chapters deal with complex chemically reacting flow simulations, emphasizing combustion and materials processing. Among other features, Chemically Reacting Flow: Theory and Practice: -Advances a comprehensive approach to interweaving the fundamentals of chemical kinetics and fluid mechanics

-Embraces computational simulation, equipping the reader with effective, practical tools for solving real-world problems

-Emphasizes physical fundamentals, enabling the analyst to understand how reacting flow simulations achieve their results

-Provides a valuable resource for scientists and engineers who use Chemkin or similar software Computer simulation of reactive systems is highly effective in the development, enhancement, and optimization of chemical processes. Chemically Reacting Flow helps prepare both students and professionals to take practical advantage of this powerful capability.

流体力学与湍流的精妙世界：一本深入探究复杂流体动力学的专著本书《流体力学与湍流的精妙世界》旨在为研究人员、工程师和高年级学生提供一个关于经典流体力学理论、先进湍流模型以及复杂流体现象的全面、深入的概述。它不是对已有教科书的简单重复，而是致力于揭示隐藏在看似简单的 Navier-Stokes 方程背后的深刻物理意义，并侧重于现代计算流体力学（CFD）中对高精度模拟至关重要的理论基础。本书结构严谨，内容涵盖了从宏观到微观、从解析解到数值方法的广阔范围。我们着重于建立清晰的数学框架，同时辅以大量的物理洞察，确保读者不仅能掌握计算方法，更能理解其背后的驱动机制。第一部分：流体动力学基础与解析方法本部分奠定了整个论述的基石，回顾并深化了对不可压缩和可压缩流体基本控制方程的理解。第一章：流体运动的数学描述本章从物质导数、连续性方程和动量方程（Navier-Stokes 方程）的张量形式出发，详细讨论了流场变量（速度、压力、密度）的内在关系。重点分析了应力张量的构成，区分了牛顿流体和非牛顿流体的本构关系。此外，本章引入了流函数-涡度方法在二维定常流分析中的应用，并探讨了其在处理边界条件时的优势与局限性。对于粘性项的处理，我们将深入探讨黏性耗散率的物理意义及其在能量方程中的作用。第二章：层流与经典解析解本章聚焦于低雷诺数（Re）下的精确解析解，这些解不仅是验证数值代码的基准，也揭示了粘性对流场拓扑结构的基础性影响。详细分析了 Hagen-Poiseuille 流的压力梯度驱动机制，以及 Couette 流在不同边界条件下的速度剖面。特别地，我们用斯托克斯流的简化方程来分析低速运动中惯性力被完全忽略的情况，并展示了如何利用流线来识别流场的循环结构和分离点。对于圆管中的脉动流，本章将引入时间依赖性，探讨瞬态响应的频率特性。第三章：势流理论与边界效应在忽略粘性的理想情况下，拉普拉斯方程构成了势流理论的核心。本章详述了二维共形映射（如 Schwarz-Christoffel 变换）在处理复杂几何边界问题中的强大能力，例如翼型周围的不可压缩流场。我们深入探讨了达朗贝尔佯谬的物理根源，并通过 Jowkowski 变换来精确计算带有迎角的翼型的升力，引入了库塔条件来合理化理论预测。此外，本章还讨论了流体与固体边界相互作用时，动量传递的边界层近似方法。第二部分：湍流的统计描述与经典模型湍流是流体力学中最具挑战性的课题之一。本部分将视角从精确求解 Navier-Stokes 方程转向了对湍流统计特性的有效描述和建模。第四章：湍流的本质与滤波本章阐述了湍流的随机性、各向异性和能谱特性。通过雷诺分解，我们将瞬时量分解为平均量和脉动量，并推导出雷诺平均 Navier-Stokes (RANS) 方程。RANS 方程的核心困难在于雷诺应力项的出现。本章详细剖析了湍流的扩散、输运与产生过程，并引入了涡粘性假设作为连接平均流与雷诺应力之间的桥梁。我们还将讨论湍流的时间尺度和空间尺度（Kolmogorov 微尺度和大气尺度），理解能量级串的物理意义。第五章：代数湍流模型：零阶与单方程模型本章专注于工程中最常用的、计算成本相对较低的代数模型。详细阐述了 Baldwin-Lomax 模型在平板边界层中的应用及其局限性（对逆压梯度问题的敏感性）。随后，我们转向更稳健的单方程模型，重点解析 Spalart-Allmaras (SA) 模型，讨论其输运方程中包含的“涡粘性”输运项，以及它如何更有效地处理复杂的流动机理，例如在具有强烈曲率的区域。第六章：两方程湍流模型：$k-epsilon$ 与 $k-omega$ 家族这是 RANS 模型中最重要的一组。本章将对 $k$（湍流动能）和$epsilon$（湍动能耗散率）或 $omega$（特定耗散率）的输运方程进行严格的推导，解释这些方程中源项和汇项的物理来源（例如剪切项、湍流扩散项）。我们会对比标准 $k-epsilon$ 模型在处理壁面剪切层时的不足（对“壁面函数”的依赖），并深入探讨 $k-omega$ 模型，特别是 SST（剪切应力输运）模型，如何通过混合函数巧妙地结合 $k-omega$ 在近壁区的精度和 $k-epsilon$ 在自由剪切流中的鲁棒性。第三部分：高级主题与计算方法展望本部分将视野拓展到瞬态模拟和高精度方法，为研究人员提供处理更复杂物理问题的工具箱。第七章：大涡模拟（LES）与亚网格尺度建模当 RANS 模型不足以捕捉涡旋结构的时间演变时，LES 成为必然选择。本章解释了 LES 的滤波操作如何将流场分解为可解析的大尺度涡和需要建模的亚网格尺度（SGS）运动。我们将深入研究经典的 SGS 模型，如 Smagorinsky 模型，讨论其在能量守恒方面的缺陷，并介绍更先进的动态模型（如动态 Smagorinsky 模型），这些模型能够根据局部流场特性自适应地确定 SGS 模型的系数。第八章：数值方法与稳定性有效的 CFD 求解依赖于可靠的离散化技术。本章讨论了有限体积法在动量方程上的应用，重点分析了对流项和扩散项的离散格式。详细对比了 First-Order upwind、Second-Order Central Difference 和高分辨率格式（如 QUICK 或 TVD 格式）在精度和数值耗散方面的差异。对于压力-速度耦合，我们将严谨地分析 SIMPLE 算法的迭代过程，并探讨更快的解耦方法如 PISO 算法在瞬态问题中的优势。最后，本章将讨论网格质量对求解稳定性和收敛性的决定性影响。第九章：燃烧、反应流与多相流的初步耦合本章作为对未来研究方向的引言，探讨了如何将流体力学框架扩展到化学反应体系。简要介绍反应速率方程在流场中的嵌入方式，以及湍流如何影响化学反应的混合控制过程（如涡量卷吸模型）。对于多相流，本章将侧重于欧拉-欧拉模型，描述颗粒相或液滴相通过反应力耦合到连续相动量方程中的基本思路，为读者理解复杂工程问题（如燃烧器或喷雾干燥）的建模提供一个清晰的入口。本书旨在提供一个坚实的理论框架，使读者能够批判性地评估不同湍流模型在特定工程问题中的适用性，并具备构建和解释复杂流体模拟结果的能力。