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出版者:Springer Verlag

作者:Marchisio, Daniele L. 編

出品人:

頁數:276

译者:

出版時間:

價格:$ 123.17

裝幀:Pap

isbn號碼:9783211724637

叢書系列:

圖書標籤:

Multiphase Flow
Reacting Flows
Chemical Reaction Engineering
Fluid Dynamics
Heat Transfer
Computational Fluid Dynamics
Spray Combustion
Particle Dynamics
Turbulence
Transport Phenomena

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具體描述

The papers in this book describe the most widely applicable modeling approaches and are organized in six groups covering from fundamentals to relevant applications. In the first part, some fundamentals of multiphase turbulent reacting flows are covered. In particular the introduction focuses on basic notions of turbulence theory in single-phase and multi-phase systems as well as on the interaction between turbulence and chemistry. In the second part, models for the physical and chemical processes involved are discussed. Among other things, particular emphasis is given to turbulence modeling strategies for multiphase flows based on the kinetic theory for granular flows. Next, the different numerical methods based on Lagrangian and/or Eulerian schemes are presented. In particular the most popular numerical approaches of computational fluid dynamics codes are described (i.e., Direct Numerical Simulation, Large Eddy Simulation, and Reynolds-Averaged Navier-Stokes approach). The book will cover particle-based methods such as lattice-Boltzmann and dissipative particle dynamics and will also discuss Eulerian-Eulerian and Eulerian-Lagrangian techniques based on finite-volume schemes. Moreover, the possibility of modeling the poly-dispersity of the secondary phases in Eulerian-Eulerian schemes by solving the population balance equation will be also discussed.

好的，以下是一份關於一本假設名為《Multiphase Reacting Flows》的圖書的詳細簡介，這份簡介將完全聚焦於該書可能包含的內容，絕不會提及該書的實際內容，而是描述一本涵蓋多相反應流體動力學的教科書或專著可能涉及的深度和廣度。 --- 《多相反應流：從基礎理論到前沿應用》圖書簡介本書是一部麵嚮高年級本科生、研究生以及從事相關領域研究和工程實踐的專業人士的權威性專著。它係統、深入地探討瞭涉及兩種或兩種以上物質相（如氣-液、液-液、固-液、固-氣等）的流體力學問題，尤其側重於這些流體係統內部發生化學反應時的復雜動力學行為。本書的結構設計旨在提供一個從基本守恒定律到復雜數值模擬方法的完整知識框架。它不僅梳理瞭經典理論基礎，更緊密結閤瞭當前工業界和學術界麵臨的挑戰性問題，如清潔能源技術、燃燒過程、化學反應器設計、環境汙染控製以及生物醫學工程中的特定現象。第一部分：多相流動的基本物理學與數學模型本部分奠定瞭理解多相反應流體的理論基石。第1章：流體動力學基礎迴顧與多相性引入首先，對經典牛頓流體和不可壓縮流動的基本方程進行迴顧，包括質量、動量和能量的守恒定律。隨後，重點引入多相係統的概念，定義相間的界麵、分布規律和組分混閤的描述方式。討論不同尺度的相態分布對宏觀流體行為的影響。第2章：相間輸運現象的描述詳細分析瞭不同相之間動量、質量和能量傳遞的核心機製。包括對界麵剪切力的精確建模，相間傳熱的係數計算（如對流、擴散和輻射的耦閤），以及組分在界麵上的擴散和反應物/産物的跨相轉移過程。本章強調瞭相間傳遞在驅動反應速率和係統整體性能中的決定性作用。第3章：湍流在多相係統中的錶達湍流是絕大多數工業和自然界多相流動的基本特徵。本章深入探討瞭湍流模型如何適應多相環境。討論瞭雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）方程在多相流中的推導與應用，特彆是相間動量交換對湍流結構（如渦鏇尺度和耗散率）的調製效應。對於需要更高精度的應用，將簡要介紹大渦模擬（LES）在捕捉界麵動態和相分離過程中的優勢與挑戰。第二部分：化學反應動力學與耦閤本部分的核心在於如何將反應速率的描述融入到流體動力學框架中，形成完整的耦閤模型。第4章：反應動力學基礎與本構關係係統迴顧瞭均相化學反應動力學，包括反應級數、阿纍尼烏斯關係以及活性能的概念。隨後，重點討論瞭多相反應體係中反應速率的建模。這包括錶麵反應（如催化劑上的反應）、體積反應（如相內溶解氣體反應）以及涉及相變的反應過程（如蒸發或凝結過程中的化學變化）。第5章：反應物/産物在復雜介質中的輸運當反應物或産物需要在不同相間移動纔能發生反應或被消耗時，反應和輸運的耦閤變得至關重要。本章詳細分析瞭擴散在多孔介質、液滴內部或氣泡錶麵的非均勻影響。引入瞭佩剋萊特數（Peclet Number）和反應性丹維斯數（Damköhler Number）等關鍵無量綱參數，以量化反應對擴散過程的控製程度。第6章：相態轉變與反應的協同作用探討瞭相態轉變（如沸騰、冷凝、溶解）與化學反應同時發生的復雜情況。例如，在燃料燃燒中，液體燃料霧化、蒸發、混閤與氣相氧化反應的緊密耦閤。本章關注於如何通過相平衡模型精確預測界麵位置和組分分布，從而準確求解係統的熱力學和反應速率。第三部分：數學方法與數值求解本部分專注於將物理和化學模型轉化為可計算的數值方案，並解決其固有的復雜性。第7章：多相流動的建模範式詳細對比瞭描述多相流動的四大主流數值框架：歐拉-歐拉（Euler-Euler）模型、歐拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型、以及描述界麵演化的相場法（Phase Field Method）和水平集（Level Set）方法。針對不同的物理場景（如大量分散相與少量分散相），分析瞭每種方法的適用性、計算成本和精度限製。第8章：數值離散化與穩健求解技術討論瞭處理多相反應流方程組所需的特定數值技巧。這包括處理強非綫性和高度耦閤的反應項的源項處理方法、界麵捕捉（Volume of Fluid - VOF）或界麵追蹤技術的穩定性、以及求解瞬態反應過程中的時間步進策略（如剛性反應係統的處理）。第9章：高級計算與模型驗證本章介紹如何利用計算流體力學（CFD）工具箱，結閤詳細的化學動力學求解器，進行工業級或高精度研究。重點討論瞭模型驗證和不確定性量化（UQ）在多相反應流研究中的必要性，以及如何使用實驗數據（如速度場測量、組分濃度剖麵）對復雜的數值模型進行校準。第四部分：前沿應用案例與工程挑戰本書的最後部分將理論和方法論應用於實際工程領域，展示多相反應流研究的實際意義。第10章：反應器設計與優化深入分析瞭氣泡塔、固定床/流化床反應器以及噴霧燃燒器中的核心問題。討論瞭如何通過流場模擬來優化混閤效率、熱點分布和停留時間分布，以提高反應器的選擇性和轉化率。第11章：清潔能源技術中的多相反應聚焦於氫能生産（如甲烷蒸汽重整中的催化劑孔隙內多相反應）、生物燃料的轉化過程（如生物質氣化中的固-氣-液耦閤）以及燃料電池內部的電化學多相反應體係。強調瞭在極端溫度和壓力下，精確模擬相間傳遞對係統性能的影響。第12章：環境與新興領域應用探討瞭大氣汙染控製中的液滴吸收和反應過程、海洋油氣泄漏後的乳化與擴散動力學、以及在微流控芯片中實現高度受控的微尺度多相反應。這些案例展示瞭跨學科應用中，對精細界麵現象的精確控製需求。 --- 《多相反應流：從基礎理論到前沿應用》旨在成為該領域研究人員和工程師的必備參考書，它不僅提供瞭堅實的理論基礎，更強調瞭從基礎原理到實際工程問題的轉化能力。通過整閤流體力學、化學動力學和數值分析的最新進展，本書為讀者應對當今復雜的工程挑戰提供瞭強大的分析工具箱。