Advances in Kinetic Theory and Continuum Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:R. Gatignol

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1991-07

价格:USD 79.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387539454

丛书系列:

图书标签:

• Kinetic Theory
• Continuum Mechanics
• Fluid Dynamics
• Transport Phenomena
• Mathematical Physics
• Non-Equilibrium Thermodynamics
• Rarefied Gas Dynamics
• Plasma Physics
• Computational Physics
• Applied Mathematics

《流体界面动力学与相变理论》 内容简介 本书深入探讨了流体界面动力学与相变理论的交叉领域，旨在为读者提供一个全面而深入的理解。我们聚焦于那些在微观层面由分子间相互作用主导，但在宏观层面又表现出连续介质特性的复杂现象。本书将理论模型、数值模拟与实验观测相结合，旨在揭示流体界面在不同条件下，如何影响相变过程及其宏观行为。 第一部分：界面现象的微观基础 本部分首先从分子动力学和统计力学的角度，审视流体界面上的微观结构和相互作用。我们将详细阐述表面张力、润湿性、吸附等基本界面性质的起源，以及它们如何由分子间力的性质、浓度分布和环境因素决定。 第一章：液体界面的分子理论 1.1 分子间相互作用势模型： 介绍LJ势、Yukawa势等常用模型，探讨它们在描述不同液体体系中的适用性。 1.2 表面张力的统计力学计算： 详细推导表面张力的精确表达式，讨论与平衡态和非平衡态相关的计算方法。 1.3 液体界面的构效关系： 分析分子结构、极性、氢键等因素如何影响表面性质，例如表面活性剂的作用机制。 1.4 界面宽度与分子扩散： 探讨界面处的密度和组分分布，以及分子在界面区域的动力学行为。 第二章：固-液界面的润湿现象 2.1 润湿角的理论模型： 介绍Young方程及其局限性，探讨Wenzel和Cassie-Baxter模型在解释超疏水和超亲水表面的应用。 2.2 固-液相互作用的微观描述： 分析范德华力、静电力、氢键在润湿过程中的作用，以及表面粗糙度和化学改性对润湿性的影响。 2.3 动态润湿： 讨论液体接触线前进和后退时的动力学行为，例如接触线滞后现象及其原因。 2.4 界面自由能的测量与调控： 介绍测量界面自由能的实验技术，以及如何通过表面处理调控润湿性。 第二部分：界面动力学过程 本部分将聚焦于流体界面在运动过程中的行为，包括界面的形成、演化、破裂以及与流动的相互作用。我们将深入分析这些动力学过程的机制，并探讨其在相变过程中的关键作用。 第三章：界面张力梯度驱动的流动（Marangoni效应） 3.1 Marangoni效应的物理机制： 详细阐述表面张力梯度如何引起界面流动，以及其与温度、浓度、组分梯度的关联。 3.2 Marangoni流动在相变中的作用： 分析Marangoni效应在液滴蒸发、膜形成、相分离等过程中的放大或抑制作用。 3.3 动态Marangoni效应： 讨论界面变化引起的动态Marangoni效应，以及其在动态过程中的复杂行为。 3.4 实验观测与模拟研究： 介绍利用干涉仪、粒子图像测速（PIV）等技术研究Marangoni效应，并讨论数值模拟方法。 第四章：液滴、气泡的动力学行为 4.1 液滴/气泡在流场中的运动： 讨论粘性力和表面张力在液滴/气泡运动中的作用，例如形变、破碎和聚并。 4.2 界面变形与破碎的临界条件： 分析导致液滴/气泡破碎的流体力学和表面张力因素，例如Ohnesorge数、Weber数。 4.3 界面粘弹性： 探讨高分子等物质在界面上形成的粘弹性膜对液滴/气泡动力学行为的影响。 4.4 界面波与不稳定性： 分析界面上的各种不稳定现象，例如Rayleigh-Taylor不稳定性、Kelvin-Helmholtz不稳定性，及其在相变过程中的意义。 第五章：界面质量与动量传递 5.1 界面扩散与传质： 讨论在界面两侧发生的扩散过程，以及表面吸附/解吸对传质速率的影响。 5.2 界面上的动量交换： 分析界面剪切力与界面张力梯度对流体运动的影响，以及粘性边界层在界面附近的形成。 5.3 界面反应动力学： 探讨在界面上发生的化学反应，以及界面结构和动力学对其反应速率的影响。 5.4 传热过程中的界面效应： 分析界面在蒸发、冷凝、相变过程中对传热效率的影响，例如相变潜热的释放与吸收。 第三部分：相变过程中的界面现象 本部分将深入探讨流体界面在各种相变过程中所扮演的关键角色，以及界面动力学如何影响相变的速率、形貌和最终产物。 第六章：气-液相变：蒸发与冷凝 6.1 蒸发与冷凝的微观机制： 从分子角度解释蒸发和冷凝的动力学过程，以及表面能和分子动能的作用。 6.2 界面传质与传热的耦合： 分析蒸发/冷凝过程中传质和传热速率的相互影响，以及Marangoni效应的参与。 6.3 沸腾与结霜： 探讨在更复杂的相变过程中，例如核沸腾、膜沸腾以及结霜过程中的界面行为。 6.4 表面结构与相变性能： 分析微观表面结构（例如多孔结构、纳米结构）如何影响蒸发、冷凝的效率和性能。 第七章：液-液相变：相分离与乳化 7.1 相分离的界面动力学： 探讨自发相分离过程中界面形的形成、增长和合并，以及Cahn-Hilliard理论的应用。 7.2 乳液的界面稳定性： 分析表面活性剂在稳定乳液中的作用，以及界面吸附层对液滴聚并的抑制机制。 7.3 界面聚合物在相变中的作用： 探讨聚合物链在界面上的吸附和构象变化如何影响相分离和乳液稳定性。 7.4 界面重构与相变： 分析在相变过程中，界面附近的分子如何自发重排以降低界面能。 第八章：固-液相变：溶解、结晶与熔化 8.1 溶解过程中的界面动力学： 探讨固体表面溶解速率的依赖性，以及界面扩散和表面扩散的作用。 8.2 结晶成核与生长： 分析晶核的形成机制，以及界面能和过饱和度对结晶动力学的影响。 8.3 界面在熔化过程中的作用： 讨论熔化过程中固-液界面的演化，以及相变潜热的传递。 8.4 晶体生长中的形貌控制： 探讨如何通过调控界面条件来控制晶体的生长形貌和尺寸。 第四部分：前沿与应用 本部分将展望流体界面动力学与相变理论的未来发展方向，并介绍该领域在诸多工程和科学领域的广泛应用。 第九章：界面现象的数值模拟方法 9.1 分子动力学模拟： 介绍利用MD模拟研究界面微观结构和动力学的方法，及其在小尺度系统中的优势。 9.2 介观尺度模拟： 探讨相场法、格子玻尔兹曼法等介观模拟方法在处理复杂界面动力学问题中的应用。 9.3 宏观尺度模型： 介绍基于连续介质力学和热力学理论的宏观模型，以及其在工程应用中的普适性。 9.4 多尺度模拟策略： 讨论如何结合不同尺度的模拟方法，以解决复杂的多尺度问题。 第十章：交叉学科应用领域 10.1 生物医学工程： 探讨细胞膜动力学、蛋白质折叠、药物递送等生物过程中的界面现象。 10.2 材料科学： 分析纳米材料的制备、表面改性、涂层形成等过程中界面的作用。 10.3 能源与环境： 探讨燃料电池、太阳能电池、水处理膜等技术中相变与界面的优化。 10.4 食品科学与工程： 分析食品加工过程中的乳化、起泡、结晶等与界面相关的过程。 本书旨在为从事相关领域研究的学者、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个坚实的理论基础和丰富的案例参考。通过对流体界面动力学与相变理论的深入剖析，我们期望读者能够更好地理解和预测自然界和工程技术中的复杂现象，并为相关领域的创新发展提供新的思路。

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