Molecular Models for Fluids pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Lucas, Klaus

出品人:

页数:406

译者:

出版时间:2006-12

价格:$ 164.98

装帧:HRD

isbn号码:9780521852401

丛书系列:

图书标签:

流体
分子模型
统计力学
热力学
物理化学
物质性质
分子模拟
理论物理
相变
输运现象

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具体描述

This 2007 book presents the development of modern molecular models for fluids from the interdisciplinary fundamentals of classical and statistical mechanics, of electrodynamics and of quantum mechanics. The concepts and working equations of the various fields are briefly derived and illustrated in the context of understanding the properties of molecular systems. Special emphasis is devoted to the quantum mechanical basis, since this is used throughout in the calculation of the molecular energy of a system. The book is application oriented. It stresses those elements that are essential for practical model development. The fundamentals are then used to derive models for various types of applications. Finally, equation of state models are presented based on quantum chemically based models for the intermolecular potential energy and perturbation theory. The book is suited for graduate courses in chemical and mechanical engineering, physics and chemistry, but may also, by proper selection, be found useful on the undergraduate level.

流体模型：从微观到宏观的桥梁《流体模型》是一部深入探讨液体和气体等流体系统微观结构与宏观性质之间关系的开创性著作。本书旨在为物理学家、化学家、材料科学家以及工程技术人员提供一个坚实的理论框架，用以理解和预测流体行为。我们着重于构建和应用各种数学模型，这些模型能够将原子或分子尺度的相互作用精确地转化为可观测的、宏观层面的热力学和输运性质。本书的结构设计旨在引导读者系统地掌握从基础统计力学原理到复杂流体现象的建模过程。我们首先从统计力学术语出发，回顾了经典分子动力学（MD）模拟的基础，并详细阐述了配分函数在描述平衡态性质中的核心作用。不同于侧重于特定应用的模型，本书致力于揭示不同模型背道而驰的基本假设及其对结果的深远影响。第一部分：平衡态的精确描述在探讨动态行为之前，理解流体的静态结构至关重要。我们详细考察了径向分布函数（g(r)）和结构因子（S(k)），这些量是连接微观相互作用势能与宏观可压缩性、密度和热力学稳定性的关键桥梁。本书深入分析了基于密度泛函理论（DFT）的平均场理论，如均方近似（MSA）和超闭合理论（HNC），并对比了它们在处理强相互作用（如离子液体或高密度液体）时的优缺点。一个核心章节专门用于讨论精确的液体结构理论。我们不局限于理想化的硬球模型，而是引入了玻尔兹曼方程的变分法求解，以及密度泛函理论的能量泛函选择。特别地，本书提出了一种新的校正方法，用于改进简单积分方程理论（如Ornstein-Zernike方程）在低密度和临界点附近的表现，这对于精确预测液体的临界指数至关重要。第二部分：输运现象的分子动力学视角流体的核心特征在于其动态响应能力，即粘度、扩散性和热导率。本书的第二部分将焦点从平衡态转向了非平衡态。我们从格林-久保（Green-Kubo）关系式出发，详细推导了如何通过计算系统的时间关联函数（Time-Correlation Functions, TCFs）来提取宏观输运系数。我们对牛顿流体和非牛顿流体的剪切粘度建模进行了深入的对比分析。在牛顿流体部分，我们探讨了剪切速率对分子结构弛豫时间的影响，并通过正则分子动力学模拟的轨迹分析，阐明了“速度梯度”如何耦合到分子层面的动量传递。对于非牛顿行为，本书构建了一个基于剪切场依赖性自由体积的半经验模型，该模型能够重现高剪切速率下的应力过冲现象，这在润滑剂和聚合物加工领域具有直接的应用价值。第三部分：界面与复杂系统建模流体现象往往发生在界面上，如气液界面、液液界面或固体表面。本书专门开辟章节探讨界面张力的精确计算。我们采用了Parrinello-Rahman 恒压系综，并详细讨论了如何分离并量化垂直于界面的压力张量（$P_{||}$ 和 $P_{perp}$），这是确定表面能的严格方法。此外，本书拓展了对多相流体的建模。我们审视了毛细现象的理论，并引入了基于密度泛函理论的Grand Canonical 蒙特卡洛（GCMC）方法，用于模拟孔隙结构中的流体吸附和相变。针对离子液体这类具有内在电荷和强结构关联的复杂流体，我们提出了一种改进的极化电荷模型，该模型考虑了电荷弛豫时间与离子尺寸的耦合效应，以更准确地预测电导率和介电常数。超越传统：计算方法的集成《流体模型》的一大特色是其对计算方法论的集成与批判性评估。我们不仅停留在理论推导，更提供了在实践中如何有效运用这些模型的指导。书中详细介绍了玻尔兹曼方程的格子玻尔兹曼方法（LBM）及其如何与分子尺度信息（如粘度或扩散系数）进行尺度耦合，以实现跨尺度的模拟。本书的结论部分聚焦于开放性问题和未来方向。我们讨论了量子效应（如零点能）对轻质流体（如氢和氦）输运性质的影响，并对当前机器学习势能面（ML Potentials）在流体模拟中的应用潜力进行了前瞻性分析，强调了如何确保ML模型在远离训练数据的极端状态下仍能保持物理合理性。读者对象：本书适合具有扎实的统计力学和经典物理学基础的研究生、博士后研究人员以及希望深化对流体性质微观起源理解的工业研发工程师。阅读本书后，读者将能够自信地选择、构建和优化用于特定流体系统建模的理论框架。