Modeling and Simulation of Capsules and Biological Cells pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Pozrikidis, C. (EDT)

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页数:344

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价格:134.95

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isbn号码:9781584883593

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• 建模与仿真
• 胶囊
• 生物细胞
• 计算生物学
• 生物力学
• 分子动力学
• 有限元分析
• 药物传递
• 细胞建模
• 生物工程

《流体动力学与生物力学：细胞与微粒的运动解析》 本书深入探讨了流体动力学与生物力学交叉领域的前沿研究，重点关注微观尺度下生物细胞与微粒在复杂流体环境中的行为。本书旨在为读者提供一个全面的框架，理解这些微小实体的运动机制、相互作用以及它们所处的动态环境。 核心内容与章节概述： 第一部分：流体动力学基础与微流体环境 第一章：粘性流体中的运动 我们将从流体力学的基本原理出发，重点介绍粘性流体（如水、血浆或细胞培养基）的特性，特别是低雷诺数（Re << 1）下的流体行为。在此尺度下，惯性力可忽略不计，粘性力占据主导地位，使得许多我们日常生活中直观理解的流体动力学现象发生根本性转变。 我们将详细阐述Navier-Stokes方程在微观尺度下的简化形式，如Stokes方程，并分析其在描述微粒运动中的应用。 我们将介绍各种粘性流体模型，包括牛顿流体和非牛顿流体（如聚合物溶液、血液等），以及它们对微粒运动的影响。 我们将深入探讨伯努利原理在微观尺度下的局限性，并引入诸如斯托克斯流（Stokes flow）和对流扩散（convective diffusion）等概念。 第二章：微流体装置与技术 本章将聚焦于在实验室和工业应用中日益重要的微流体技术。 我们将介绍不同类型的微流体通道设计，包括狭缝、圆形管道、多层结构等，以及它们如何影响流体流动和粒子输运。 我们将探讨微通道中的层流（laminar flow）特性，以及如何利用这种有序的流动来分离、操控和分析微小颗粒。 我们将介绍微流体装置的制备技术，如光刻、软光刻（soft lithography）和3D打印等，并讨论不同材料（如PDMS、玻璃、聚合物）在微流体应用中的优缺点。 我们将分析微流体装置中常见的现象，如毛细作用、表面张力以及它们在驱动和控制流体中的作用。 第二部分：微粒与细胞的运动机制 第三章：球形微粒在粘性流体中的运动 本章将专门分析最基本模型——球形微粒在粘性流体中的运动。 我们将详细推导并应用斯托克斯定律（Stokes' Law）来计算球形微粒在均匀流体中的终端速度，并分析影响速度的因素，如粒子半径、流体粘度和外力。 我们将讨论布朗运动（Brownian motion）对微粒随机位移的影响，以及如何通过泊松过程（Poisson process）和维纳过程（Wiener process）来描述其统计特性。 我们将分析外部力场（如重力、电场、磁场）对微粒运动的影响，以及如何结合这些力来预测微粒的轨迹。 第四章：非球形微粒与各向异性粒子的运动 本章将超越理想球形模型，探讨非球形微粒的复杂运动。 我们将介绍描述非球形粒子在流体中运动的数学工具，例如利用“阻力张量”（resistance tensor）来捕捉粒子形状和方向对运动的影响。 我们将分析椭球体、长杆状粒子以及具有复杂几何形状的粒子在流体中的翻滚、旋转和迁移动力学。 我们将讨论在流体中定向排列的粒子（如取向性粒子）的运动特性，以及它们如何在流体剪切或外部场的作用下发生协同运动。 第五章：生物细胞的流体动力学行为 本章将重点关注生物细胞作为微粒在流体中的独特行为。 我们将分析不同类型细胞（如红细胞、白细胞、细菌、酵母菌）的几何形状、尺寸和表面特性，以及这些因素如何影响它们的流体动力学响应。 我们将深入研究细胞膜的弹性和渗透性，以及它们如何影响细胞在剪切流中的变形、聚集和破裂。 我们将讨论细胞的黏附和迁移过程，特别是细胞在基质上的运动，以及与细胞外基质（ECM）的相互作用。 我们将介绍细胞在各种生理环境中的行为，例如血管中的血细胞、组织中的癌细胞迁移，以及细菌在体液中的运动。 第三部分：粒子与细胞的相互作用及应用 第六章：粒子间的流体动力学相互作用 本章将探讨多个粒子或细胞在流体中共存时产生的相互作用。 我们将分析粒子之间的流体动力学耦合效应，例如一个粒子的运动如何影响其周围流体的速度场，进而作用于其他粒子。 我们将讨论粒子聚集（aggregation）和团聚（flocculation）的机制，以及这些过程在生物系统和材料科学中的重要性。 我们将介绍粒子在流场中的轨道动态，例如“稳定轨道”（stable orbits）和“不稳定轨道”（unstable orbits）的概念。 第七章：生物粒子在复杂流体中的行为 本章将进一步深入研究生物粒子在非简单流体介质中的行为。 我们将分析细胞在聚合物溶液、胶体悬浮液以及其他复杂流体中的运动和输运特性。 我们将探讨细胞与细胞外基质（ECM）组分（如胶原蛋白、糖胺聚糖）相互作用时产生的复杂流体动力学效应。 我们将研究生物膜（biofilms）的形成和动力学，以及其中微生物的运动和物质输运。 第八章：应用与未来展望 本章将总结前述内容，并探讨其在科学研究和工程实践中的广泛应用。 我们将介绍微流体技术在疾病诊断、药物递送、生物传感器开发中的应用。 我们将讨论流体动力学和生物力学原理在理解胚胎发育、免疫细胞行为、血液循环等生物过程中的作用。 我们将展望该领域未来的研究方向，例如开发更精密的仿真模型、利用机器学习预测粒子行为、以及设计新型仿生装置等。 本书特色： 本书以清晰的逻辑结构，从基础理论到具体应用，层层递进。它不仅提供了严谨的数学推导和物理概念解释，还结合了大量的实例和图示，帮助读者直观理解复杂的流体动力学现象。无论您是流体力学、生物学、医学工程、材料科学或相关领域的学生、研究人员还是工程师，本书都将为您提供宝贵的知识和研究工具。

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这本书的标题本身就指向了一个极其交叉和复杂的领域，它要求作者不仅要有深厚的数学功底，更需要对所模拟的物理或生物过程有深刻的理解。我购买它主要是为了提升自己在处理复杂边界条件和界面行为建模的能力。在许多实际工程问题中，材料的非均匀性和动态边界的追踪是最大的难点。我期望书中能详尽阐述处理这些“棘手”问题的各种数值技术，比如网格重划分策略、接触算法的稳定化处理，以及如何有效地耦合不同尺度下的物理方程组。我对那些仅仅停留在二维平面分析的书籍已经不感兴趣了，我需要的是能够指导我进行三维时空耦合问题求解的实战指南。如果这本书能够提供一套系统的、可移植的建模思维框架，帮助我构建起面对任何新颖复杂系统时的分析流程，那么它就绝对物超所值了。我希望它能成为我工具箱里最锋利的那把瑞士军刀。

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这本书的装帧设计让我联想到上世纪八十年代那些德文经典力学教材，那种朴实无华却透着一股不容置疑的权威感。我更倾向于那种结构严谨、论证扎实的学术著作，而不是那些追求时髦概念堆砌的“快餐读物”。我对其中的案例研究部分抱有浓厚的兴趣，它们必须是具有代表性的、能够展示所介绍方法优越性的真实场景。如果能提供配套的源代码或至少是详细的伪代码，那就更完美了，这样可以极大地降低读者入门和验证模型的门槛。此外，这本书在对不同建模范式（例如，基于主体的建模与连续介质模型的对比）的优劣势分析上是否足够深入和客观？我希望作者能清晰地指出现有方法的局限性，并为我们指出未来研究可能突破的方向。一本好的教材应该能激发读者的批判性思维，而不是简单地灌输既定知识。

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作为一名多年从事计算科学研究的老兵，我对市面上大量的“模型与仿真”书籍已经有些审美疲劳了。大部分内容无非是对经典有限元、有限差分方法的复述和堆砌，缺乏真正的创新性。我购买这本书是抱着一种审视的态度，想看看它是否真的能带来一些“干货”。我最看重的是它在算法效率和精度控制上的讨论。在处理大规模并行计算时，内存管理和迭代收敛的策略往往是决定项目成败的关键。我特别想知道作者是如何权衡计算成本与模拟精度的，有没有提出什么新的预处理技术或者加速收敛的巧妙方法。这本书如果能在前沿计算方法论上有所建树，比如引入最新的机器学习算法来辅助传统仿真流程，那就太棒了。我希望看到的不仅仅是“如何建模型”，更是“如何用最快的速度、最高的保真度得到可靠的结果”。那些只有理论价值而缺乏实际应用价值的章节，我恐怕只会快速略过。

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说实话，我是在朋友的强烈推荐下才决定购买这本书的，他告诉我这本书在处理复杂系统建模时提供了一种全新的视角。我特别关注的是它在处理非线性、时变系统时的表现。很多现有的教材在讲解这些前沿课题时，往往停留在公式的罗列，缺乏对模型背后的物理意义和工程背景的深入剖析。我希望这本书能够在这方面有所突破，真正做到理论与实践的无缝对接。例如，在描述系统演化路径时，作者是否能提供一些不同参数扰动下的敏感性分析案例，这对于评估模型的鲁棒性至关重要。此外，章节之间的逻辑过渡也需要非常顺畅，不能让读者在阅读过程中感到思维的断裂。如果这本书能够有效地整合不同尺度的信息，从微观的相互作用到宏观的系统行为，那无疑将是一本里程碑式的著作。我目前的困惑点在于如何高效地集成多物理场耦合的效应，期待这本书能提供一些巧妙的数学工具或计算策略来简化这一过程。

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这本书的封面设计着实吸引眼球，那种深邃的蓝色调，配上复杂的几何图形，立刻让人联想到精密科学和前沿技术。我拿到手的时候，就被它那种厚重感所折服，感觉里面一定蕴含着无数的知识宝库。虽然我目前对这个领域的研究还处于初级阶段，但光是翻阅目录和前言，就已经能感受到作者在这项工作上投入的巨大心血。我期待着它能在基础理论的阐述上做到深入浅出，尤其是在那些抽象的数学模型和复杂的动力学过程的描述上，希望能有清晰直观的图示或案例来辅助理解。这本书的排版也相当精良，字体大小适中，行距舒适，这对于长时间阅读来说至关重要。我希望能从中学习到如何将理论转化为实际可操作的模拟程序，搭建起高效且准确的计算框架，这将是我下一步研究的关键。总而言之，从外在的包装到初步的印象，这本书散发着一种严谨而专业的学术气息，让人充满期待。

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