Microgravity Two-Phase Flow And Heat Transfer pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Gabriel, Kamiel S.

出品人:

頁數:262

译者:

出版時間:2007-2

價格:$ 270.07

裝幀:HRD

isbn號碼:9781402051425

叢書系列:

圖書標籤:

• Microgravity
• Two-Phase Flow
• Heat Transfer
• Spacecraft Thermal Control
• Boiling
• Condensation
• Fluid Dynamics
• Heat Exchangers
• Phase Change
• Low Gravity

宇宙尺度下的流體力學與熱力學：超越地心引力的極限挑戰 本書簡介 本書深入探討瞭在微重力或零重力環境下，流體與熱量傳遞所麵臨的獨特物理現象、復雜機製及其工程應用。它並非聚焦於某一特定主題，而是提供瞭一個宏大且全麵的視角，涵蓋瞭從基礎理論到尖端實驗技術的廣闊領域，專為研究空間探索、衛星係統、空間站生命支持、先進推進技術以及在軌道環境中進行材料科學實驗的工程師和科學傢設計。 第一部分：微重力環境下的流體物理基礎 本部分首先建立理解在行星重力場缺失或顯著減弱時，傳統流體力學模型失效的原因和替代框架。我們將詳盡闡述錶麵張力（或稱界麵張力）如何在無重力影響下，成為主導流體行為的關鍵因素。 1.1 界麵現象的支配性作用： 毛細管力與潤濕動力學： 詳細分析Young-Laplace方程在麯率半徑遠大於重力影響下的適用性。探討不同材料錶麵能如何決定液體的鋪展、附著和聚集成球體的行為。我們引入瞭先進的錶麵形貌分析技術，用以預測和量化在微重力容器壁上的液膜厚度和穩定性。 接觸角測量與動態接觸綫： 討論在封閉係統和開放氣液界麵中，如何精確測量和模擬接觸角隨時間的變化。重點分析瞭在極低剪切應力下，接觸綫移動的微觀機製，這對於燃料儲存和冷卻係統的有效性至關重要。 氣泡與液滴的動力學： 在沒有浮力驅動的情況下，氣泡或液滴的遷移、聚並與破碎完全由界麵張力梯度（Marangoni效應）或外部作用力（如振動、電場）決定。書中包含瞭對氣泡在液體中上升或沉降的零重力替代模型的建立，以及如何通過控製界麵張力梯度來操縱微小流體結構。 1.2 復雜流體行為的建模： 牛頓流體與非牛頓流體的行為差異： 考察高粘度流體（如聚閤物溶液、熔融鹽）在微重力下的流動特性。重點討論瞭剪切增稠和剪切稀化效應在無重力條件下的錶現，以及它們對攪拌和混閤過程的影響。 多相流體的相間動量傳遞： 在缺乏重力導緻的沉降或分層作用時，氣-液、液-固、氣-固等多種相的相互作用機製被重新審視。本書提齣瞭改進的歐拉-歐拉和歐拉-拉格朗日模型，以更準確地預測微重力下的相間滑移速度和熱交換效率。 第二部分：微重力下的傳熱機製與挑戰 傳熱是空間技術中的核心問題。本書深入剖析瞭在微重力環境下，傳統對流傳熱機製的削弱和輻射傳熱重要性的凸顯。 2.1 自然對流的終結與強製對流的必要性： 浮力驅動的自然對流消失： 解釋瞭溫度梯度不再導緻密度差異，從而消除瞭熱邊界層中的自然對流現象。討論瞭這種效應如何導緻局部過熱（Hot Spots）的形成，尤其是在電子元件和加熱器周圍。 強製對流的優化設計： 詳細分析瞭泵送、攪拌和外部振蕩等機械手段引入的強製對流對提高傳熱性能的關鍵作用。設計瞭基於流體力學仿真工具的優化算法，以最小化泵功耗同時最大化熱傳遞係數。 2.2 輻射傳熱的主導地位： 高真空和低壓力的影響： 在外層空間，熱量傳遞主要依賴於輻射。本書提供瞭精確計算不同錶麵材料（包括光譜選擇性錶麵）在寬溫度範圍內的黑體和灰體輻射譜的計算方法。 復雜幾何結構下的輻射交換： 針對衛星組件、散熱器等復雜內部結構，引入瞭輻射視圖因子（View Factor）的精確計算技術，尤其是在物體之間存在遮擋和吸收介質（如氣體或塵埃）的情況下。 2.3 相變傳熱的新範式： 微重力下的沸騰與冷凝： 這是本書的重點之一。在微重力下，液體無法自然鋪展或分散，導緻成核位點（Nucleation Sites）的分布和活化發生根本性變化。我們詳細分析瞭界麵形貌對沸騰傳熱係數的影響，並探討瞭使用微結構錶麵（如微通道、多孔介質）來誘導和控製沸騰過程的創新方法。 凝結過程的界麵控製： 考察瞭無重力冷凝器中，蒸汽如何通過界麵張力驅動的“鋪展”或“收集”來凝結。引入瞭基於界麵動力學的模型來預測冷凝液膜的厚度和再分布，這對空間站冷凝水收集係統的可靠性至關重要。 第三部分：實驗技術與前沿應用 本部分將理論與工程實踐緊密結閤，介紹瞭用於研究這些現象的先進實驗平颱和技術，並展望瞭其在未來空間任務中的應用。 3.1 地麵模擬技術與飛行實驗平颱： 地麵低重力模擬： 評估瞭自由落體設施（如DROP Towers）和拋物綫飛行（Parabolic Flights）的局限性和適用性。重點介紹瞭如何通過數據後處理技術，從地麵實驗中分離齣重力效應和錶麵張力效應。 在軌實驗操作與數據采集： 詳細描述瞭空間站（如ISS）上微重力流體物理實驗模塊（Fluid Physics Experiments Racks）的配置、傳感器技術（如高速光學成像、電阻層析成像、電導率探針）和數據處理流程。 3.2 關鍵工程應用案例分析： 空間推進係統： 討論瞭低溫推進劑（如液氫、液氧）在燃料箱中的“晃蕩”（Sloshing）問題。重點分析瞭如何通過內部結構件（如擋闆、毛細管導流裝置）來管理氣液界麵，確保泵吸入口的液體供應穩定。 空間站熱管理與環境控製： 研究瞭微重力下的冷凝水收集、水淨化係統以及電子設備散熱迴路的設計。分析瞭利用毛細作用力驅動的無泵熱循環係統的可行性和限製。 空間材料加工： 探討瞭微重力對晶體生長、閤金凝固和泡沫金屬製造的影響。關注界麵控製如何實現更高純度、更均勻的材料結構，避免因重力引起的宏觀偏析。 本書旨在為讀者提供一個堅實的理論基礎和實用的工程視野，以應對在地球重力環境之外，流體與熱量傳遞所帶來的復雜且迷人的挑戰。

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