Rarefied Gas Dynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:American Institute of Physics

作者:Bartel, T. J.; Gallis, M. a.; Bartel, Timothy J.

出品人:

页数:998

译者:

出版时间:2001-10-05

价格:USD 295.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780735400252

丛书系列:

图书标签:

• 气体动力学
• 稀薄气体
• 物理学
• 流体力学
• 传热学
• 气体
• Boltzmann方程
• 分子动力学
• 计算物理
• 工程热物理

湍流与复杂流体力学前沿：从理论建模到前沿应用 图书导览： 本书深入探讨了现代流体力学领域中，特别是湍流、多相流、非牛顿流体，以及极端条件下的流动现象。它并非聚焦于低密度气体动力学，而是着眼于流体行为在复杂非线性环境下的新特性与控制挑战。全书结构严谨，从基础的连续介质力学出发，逐步过渡到高度非线性的湍流模型、能量耗散机制，以及在工程实践中具有重大意义的复杂流体应用。 第一部分：非线性流体动力学的理论基础与数值方法 第一章：超越牛顿范畴：非牛顿流体的本构关系与应用 本章系统阐述了偏离经典牛顿流体假设的流体行为。重点讨论了剪切速率依赖性黏度模型，如幂律流体、宾汉塑性流体以及粘弹性流体的本构方程。通过分析这些模型的数学结构，探讨了它们在处理聚合物溶液、血液流变学以及泥浆输送等领域的适用性。引入了应力松弛时间和蠕变行为的理论框架，并结合有限元方法（FEM）对非牛顿流动的数值求解进行了详尽的介绍，包括收敛性分析和网格依赖性研究。 第二章：湍流的统计描述与本征结构 本章将湍流视为一个高度非线性的随机过程。重点不再是稀薄气体的分子运动，而是大尺度涡旋与小尺度涡旋之间的能量级联。引入了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，并深入剖析了湍流动能（TKE）方程的推导及其在工程湍流模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ SST 模型）中的应用与局限性。同时，对大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的原理进行了详尽的对比，强调了在分析复杂边界层分离和再附着现象时，高分辨率模拟方法的必要性。讨论了湍流脉动速度场的概率密度函数（PDF）方法，以期更精确地刻画湍流的统计特性。 第三部分：多尺度与多相流动的耦合机制 第三章：气液两相流动的界面动力学与传递现象 本章聚焦于气泡、液滴和颗粒在连续相中运动时的相互作用。详细分析了界面演化问题，包括表面张力的影响、马兰戈尼效应在流动中的作用。探讨了气泡的动力学方程，如奥西恩-格拉斯（Oseen-Glauert）曳力模型的修正，以及气泡的聚并与破碎机制。在数值方法上，介绍了体积法（VOF）和相场法（Phase Field Method）在追踪复杂界面结构方面的优势与挑战，尤其关注在强剪切和高密度比情况下的数值稳定性。 第四章：颗粒流与颗粒床动力学 本章深入研究了固体颗粒在流体中的输运现象。区别于稀相输运，本章侧重于高浓度颗粒流（如浆态化床或气力输送的密集区）。引入了欧拉-欧拉（Euler-Euler）和欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）方法来描述流体和颗粒的相互作用。对颗粒间的碰撞模型，特别是离散元法（DEM）与计算流体力学（CFD）的耦合（DEM-CFD），进行了详细阐述。研究了颗粒床的塌陷、流化质量的判定标准，以及颗粒破碎对宏观流动特性的反馈影响。 第三部分：极端条件与前沿工程应用 第五章：高温燃气轮机中的燃烧不稳定性与传热耦合 本章将流体力学与化学反应动力学相结合，分析了燃气轮机和火箭发动机内部的复杂流动问题。重点探讨了燃烧室中的声学与涡旋耦合导致的燃烧不稳定性，包括前馈与反馈机制。分析了火焰的传播速度、层流预混火焰和扩散火焰的结构，并引入了化学反应速率建模（如简化化学机制和详细机制）。在传热方面，讨论了高速流动中边界层转捩对壁面热负荷的影响，以及湍流对燃烧效率的影响机制。 第六章：水下高速航行器与空化现象的控制 本章关注于水动力学领域，特别是高速物体在液体中运动时由压力波动引起的空泡的形成、发展和溃灭过程。详细分析了空化数的物理意义及其与船体几何形状的关系。介绍了雷利-普莱赛特（Rayleigh-Plesset）方程的扩展形式，用于描述空泡动力学。针对空泡溃灭时产生的冲击波和局部高温高压现象，探讨了主动控制技术，如表面微气泡注入法（Micro-bubble Injection）和等离子体激励器在抑制或减弱空泡效应方面的潜力。 第七章：微尺度通道中的非连续性与表面效应 本章回归到小尺度流体物理，但重点是微流控器件中的牛顿流体行为，而非低密度气体。分析了气体或液体在微米级通道中因表面张力、电润湿效应和表面粗糙度导致的流动偏离。详细讨论了电驱动流动（如电渗流Electroosmosis）的机制，以及在微通道中颗粒的非线性迁移和分离现象，这对生物医学微流控芯片的设计至关重要。 结论与展望： 本书的最终目的是为研究人员提供一套处理复杂、高非线性流体系统的理论工具箱和数值框架，涵盖从统计力学描述到界面演化的多个层面。未来的挑战集中在开发能够无缝衔接不同尺度的多物理场耦合模型，并实现对极端非平衡流态的精确、实时控制。本书旨在启发读者探索传统流体力学边界之外的新课题。

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对于那些对科学前沿有着浓厚兴趣的读者而言，这本书无疑是一座宝库。我虽然不是该领域的专家，但通过这本书，我能感受到其中蕴含的深厚知识体系和严谨的研究方法。那些精密的数学模型，那些对复杂现象的细致分析，都展现了作者非凡的洞察力和学术功底。我特别欣赏的是，它并非仅仅停留在理论层面，而是巧妙地将理论与实际应用相结合。例如，它可能会探讨稀薄气体在航天器进入大气层时的气动加热问题，或者是在真空技术中的应用，这些都极大地拓展了我的认知边界。每当我读到某个关键概念，都会忍不住去搜索相关的科普视频或者文章，试图将书中的抽象知识具象化。这种主动学习和探索的过程，让我觉得阅读这本书的体验非常充实和有价值，它不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启迪。

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这本书给我的整体感受，是一种知识的厚重感和学术的严谨性。虽然我无法完全消化其中的所有技术细节，但它所展现出的对“稀薄气体动力学”这一特定领域深入骨髓的理解，以及那种追求极致精确的科学态度，都让我印象深刻。它让我对科学研究的本质有了更深的体会，那就是不断地提出问题、挑战极限、寻求答案。我从中感受到的，不仅仅是知识的传递，更是一种科学精神的熏陶。这本书仿佛在告诉我，在这个世界上，总有那么一群人，他们愿意花费毕生的精力去探索那些最细微、最根本的物理规律，并将这些发现呈现在世人面前。我真心佩服作者的专业素养和奉献精神，也感谢他们为我们提供了这样一本极具价值的学术参考。

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这是一本真正意义上的“硬核”读物，它的内容深度和广度都非同寻常。我可以想象，对于研究人员和资深学者来说，这本书的重要性不言而喻。其中可能包含了该领域最新的研究进展、最前沿的理论突破，以及对未来发展方向的深刻洞察。我尝试去理解其中的一些论证过程，虽然过程艰涩，但每当理解了一个小小的节点，都会有一种豁然开朗的感觉。它让我意识到，科学的进步是如此的循序渐进，又是如此的波澜壮阔。我甚至会好奇，这本书的问世，是否凝聚了作者团队多年心血的结晶，是否克服了无数的学术难题。这本书给我一种沉甸甸的学术分量感，它不仅仅是一本书，更像是一个时代的科学印记，承载着人类探索未知世界的智慧和勇气。

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从一个完全非专业人士的角度来看，这本书的体量着实令人望而生畏。当我翻开第一页，那些密密麻麻的文字和符号，就像是某种神秘的古老密码，试图诉说着宇宙深处的奥秘。尽管我并不完全理解其中的每一个公式，但光是那些章节标题，例如“分子碰撞过程”、“输运现象的理论基础”之类的，就足以激发我无限的想象。我尝试去想象，那些肉眼看不见的微小粒子，在极其稀疏的环境下，是如何运动、碰撞、传递能量的。这本书仿佛为我打开了一个全新的视角，让我意识到，我们习以为常的宏观世界，其实是由无数微观粒子组成的，而当这些粒子的行为方式发生改变时，整个世界的运行规律也会随之颠覆。我常常会在阅读的过程中，联想到太空探索、卫星运行，甚至是我们呼吸的空气，都可能与书中描述的原理息息相关。这种跨越宏观与微观的联系，让我觉得非常奇妙。

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这本书的封面设计就有一种低调而深邃的吸引力，墨绿色的底色上，银色的书名“Rarefied Gas Dynamics”以一种简洁有力的方式呈现。拿到手里，厚实感扑面而来，纸张的质感也相当不错，不是那种廉价的泛黄纸，而是带着微微光泽、触感细腻的印刷纸。我尤其喜欢它在装帧上的细节，书脊的缝线清晰可见，一看就是经过精心打磨的作品。我还在思考，这本书的作者究竟是怎样的背景，是什么让他们对“稀薄气体动力学”如此着迷，以至于投入巨大的心力去撰写这样一本分量十足的书。我猜测，这背后一定有着非常严谨的学术探索和无数次的实验验证。每一次翻阅，我都会忍不住猜测，书中那些复杂的公式和图表背后，隐藏着怎样的物理世界，又是如何被科学家们一点点揭示出来的。它给我一种感觉，这是一本需要静下心来，带着敬畏之心去细细品读的著作，仿佛在开启一扇通往未知领域的门。

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