Fluid Dynamics and Transport of Droplets and Sprays pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sirignano, William A.

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:1999-7

价格:$ 175.15

装帧:

isbn号码:9780521630368

丛书系列:

图书标签:

• 流体动力学
• 液滴
• 喷雾
• 传热
• 传质
• 多相流
• 数值模拟
• 原子化
• 表面张力
• 气动学

《流动结构与界面现象：微尺度下的物质输运与反应动力学》 绪论：微尺度流动的前沿与挑战 在现代工程、生物医学、材料科学以及环境科学等诸多领域中，对流体行为，特别是涉及复杂界面和微小尺度的物质输运过程的理解与精确控制，已成为制约技术进步的关键瓶颈。传统的宏观流体力学理论在描述微米乃至纳米尺度上的现象时，往往力不从心，因为此时表面张力、毛细现象、分子间作用力、电润湿效应以及显著的粘滞效应开始占据主导地位。 本书旨在深入探讨在非传统尺度（微流控芯片、多孔介质、生物体液环境等）下，液体结构、界面行为及其与周围环境相互作用所导致的复杂输运现象。我们聚焦于那些不依赖于传统意义上的“液滴”或“喷雾”形态，而是强调结构化流体和界面动力学在推动物质传输和化学反应中的核心作用。 第一部分：基础理论与界面物理的重构 第一章：流体微观结构与介观描述 本章从统计力学和热力学非平衡态的角度出发，重新审视流体的本构关系。我们将讨论流体在极小空间内，其分子间相互作用如何影响宏观粘滞性，并引入“有效”或“局域”的流变学参数的概念。 分子动力学模拟与介观模型： 探讨如何通过格子玻尔兹曼方法（LBM）或平动分子动力学（MD）模拟，捕捉界面附近流体的速度梯度和压力分布。 非牛顿性在微观尺度下的体现： 重点分析高分子溶液、胶体悬浮液等复杂流体在狭窄通道中表现出的剪切增稠或剪切稀化的现象，这与宏观经验模型有显著差异。 第二章：界面张力与动态润湿行为 界面是流体系统能量最高、动态变化最剧烈的区域。本章深入解析界面张力的热力学基础，并扩展到动态环境下的界面行为。 界面热力学与Gibbs吸附理论： 阐述表面活性剂、聚合物等对界面能的调控机制。 动态润湿： 探讨液体在固态表面铺展或接触角演变的瞬态过程。不同于静态接触角，本章着重于高速铺展和快速收缩过程中的动力学阻力，引入Weiss-Kistler模型在非理想流体中的适用性探讨。 Marangoni效应的精细化分析： 在表面浓度梯度驱动的流动中，分析其如何与剪切流场耦合，影响界面形状的稳定性与演变。 第二部分：复杂结构流动的输运机制 第三章：多孔介质中的毛细驱动流与物质交换 多孔介质是自然界和工程中最常见的流体载体（土壤、催化剂载体、燃料电池电极等）。本部分聚焦于液体在固-液-气三相界面上的复杂输运。 毛细压力与渗透率的尺度效应： 分析Young-Laplace方程在孔隙尺度上的适用性，以及Washburn方程在描述非均匀孔隙结构中液体自发吸收时的局限性。 滞后现象与非饱和流动： 深入探讨液体在孔隙中滞留、回流以及“锁定”现象，这对于地下水文、油气开采中的残余油饱和度预测至关重要。 界面反应与输运耦合： 在多孔催化剂床层中，反应物在界面处的吸附、扩散与表面反应速率之间的相互制约关系。 第四章：微通道内的电驱动与离散化流动 微流控技术依赖于对微小体积内流体精确的操控，其中电场作用往往是主要的驱动力。 电毛细与电润湿现象： 阐述如何通过施加外部电场改变固液界面的有效表面张力，实现对液体体积（而非通道几何形状）的快速调控。 电渗流（Electroosmotic Flow, EOF）： 详尽分析双电层（EDL）的结构、电动力学理论，及其在不同缓冲液和表面电荷密度下的流量调制。 界面处的离子迁移与电荷积累： 讨论在小尺度通道中，电荷积累如何导致流体阻力增大甚至引起反向电动势，限制了高电压驱动下的流速。 第三部分：界面处的反应动力学与相变控制 第五章：界面诱导的化学反应动力学 化学反应的速率往往不再由传统的Bulk扩散决定，而是被界面本身的能量状态和结构所支配。 表面活性位点的催化效率： 研究界面结构（如活性层厚度、分子排列）对催化剂活性位点暴露程度的影响，从而影响反应动力学常数。 溶质在界面上的富集与贫乏： 运用拉格朗日观点分析溶质分子在流体界面附近的分布，如何影响界面处的局部反应速率和产物选择性。 第六章：界面能驱动下的相分离与重构 本章关注液体体系中由能量驱动引起的自发性结构变化，例如乳液的稳定性、泡沫的破裂或溶液中的晶体析出。 亚稳态体系的稳定性： 探讨微小结构中，成核过程的阈值，以及界面刚度对相变过程的阻尼作用。 泡沫动力学与结构耗散： 分析泡沫中壁膜（Lamellae）的演化，包括局部拉伸、流体回流以及马兰戈尼效应如何延迟或加速泡沫的破裂。 结论：面向未来的结构化流体控制 本书的结论部分将综合前述内容，展望在智能材料、精准医疗诊断以及高效率能源转换等领域的应用潜力。强调对流体界面行为的精确理解和计算模型的发展，是实现下一代微型化、集成化系统的关键。未来的研究将更加侧重于多物理场耦合（热、电、化学势场）对界面输运的联合调控能力。

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我最近一直在寻找一本能够系统梳理液滴与喷雾传输过程的专著，这本书在理论深度上确实没有让我失望。它的结构安排非常巧妙，从最基础的单相流体动力学原理出发，逐步过渡到多相流体系的复杂相互作用。我尤其喜欢它在雾化理论部分的处理方式，作者没有满足于简单的经验公式，而是深入挖掘了射流不稳定性、表面张力和粘性力之间的微妙平衡。书中对喷雾颗粒大小分布模型的比较分析尤为精彩，列举了从Rosin-Rammler到Log-Normal等多种模型的适用范围和局限性，这种批判性的视角让人受益匪浅。读到后面关于气液两相相互作用的章节时，我发现作者在描述气动力对液滴的剪切和破碎过程时，引入了非常现代的数值模拟结果，这使得书中的内容既有经典的理论支撑，又不失前沿的研究动态。唯一的遗憾是，在涉及更高级的非牛顿流体对喷雾影响的讨论时，篇幅稍显不足，如果能增加一些关于高分子溶液喷雾的研究案例，那就更完美了。这本书无疑是为那些在化工、制药或燃烧领域进行精细化过程控制的工程师量身打造的。

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初接触这本书时，我主要关注的是其在“微重力环境”下液滴行为的描述。坦率地说，这部分内容是这本书的亮点之一，也是我最终决定购入的主要原因。作者对于零重力或低重力条件下，表面张力和惯性力如何主导液滴的聚并与破碎过程，进行了非常细致和前沿的探讨。书中对Marangoni效应在液滴界面流动中的作用分析尤其精辟，结合了先进的无网格方法（如SPH）的模拟结果，极大地拓宽了我对空间环境应用的理解。相比于市面上许多侧重于地球重力环境的教科书，这本书提供了更广阔的视角。然而，我个人期望在数据可视化方面能有更大的突破。例如，展示三维动态模拟结果时，如果能提供配套的在线资源或更丰富的交互式图形，哪怕只是高清的截屏，也能让读者更直观地把握那些瞬态的、复杂的界面行为。总的来说，它为宇航工程、微流控芯片设计等交叉学科领域的研究人员，提供了一个极具价值的理论框架和方法论指南。

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这本书的封面设计简洁大气，那种深邃的蓝色调一下子就抓住了我的眼球，让人联想到浩瀚的海洋和无垠的天空，非常符合流体力学的主题。拿到手里分量十足，感觉内容肯定很扎实。我首先翻阅的是关于基本概念的部分，作者的行文风格非常严谨，每一个定义和公式都推导得一丝不苟，让人不得不佩服其学术功底。不过，对于初学者来说，可能需要多花一些时间去消化。那些详尽的图示和示意图，虽然在清晰度上无可挑剔，但有时候略显“学院派”，缺乏一些更生活化的例子来辅助理解。比如，在讲解湍流运动的章节里，那些复杂的偏微分方程看得我头晕目眩，如果能穿插一些实际工程中的应用场景，哪怕只是作为案例分析，可能学习起来会更加有代入感。我特别欣赏的是作者对边界条件处理的细致入微，几乎涵盖了所有可能遇到的复杂情况，这对于那些致力于进行精确数值模拟的研究人员来说，无疑是一份宝贵的参考资料。总的来说，这是一本适合已经有一定流体力学基础，并希望深入钻研理论细节的专业人士的“工具书”，但对于想轻松入门的朋友来说，可能需要做好“啃硬骨头”的心理准备。

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这本书的排版和装帧质量简直令人赞叹，每一页纸张的质感都透露着出版方的用心，这在学术专著中并不多见。阅读体验极佳，大开本的设计使得那些复杂的图表和方程得以充分展开，避免了传统小开本教材中常常出现的拥挤感。我花了大量时间研究其中关于“输运现象”的章节，作者对动量、热量和质量传递的耦合描述得非常清晰。特别是在讨论湍流中液滴的扩散和沉积时，作者引用了大量的实验数据来佐证理论模型的有效性，这种理论与实践紧密结合的叙述方式，极大地增强了说服力。我注意到，书中对拉格朗日方法和欧拉方法在描述喷雾输运中的优缺点进行了深入的对比，这对于进行数值模拟选型的人来说，提供了非常宝贵的决策依据。虽然全书充斥着严谨的数学推导，但作者似乎总能在关键时刻插入一些“哲思”性的评述，提醒读者注意模型简化带来的物理意义损失，这种对学术诚信的坚守，让人感到十分敬佩。这是一本值得反复研读，并时刻放在案头的参考书。

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我是一名从事工业燃烧研究的工程师，我希望找到一本能直接指导喷油嘴设计的书籍。这本书在“喷雾的近场结构”这一部分的阐述，可以说是教科书级别的。它不仅仅停留在描述液滴尺寸，而是深入到喷雾锥角、穿透力和剪切层发展等关键参数的量化计算上。作者对不同类型喷嘴（如同轴式、压力雾化式）的流场特性进行了详尽的分类讨论，并给出了大量基于工程经验和基础理论推导的参数关系图表，这些可以直接被工程人员拿来作为初步设计迭代的依据。我特别欣赏作者在讨论“雾滴沉积与壁面撞击”时，对液膜形成机理的深入分析，这对于优化锅炉或内燃机的燃烧室设计至关重要。不过，这本书的“应用性”在深入到具体材料的腐蚀问题上略显不足，比如，在高温高压下某些特定燃料雾滴与材料表面的化学反应，似乎没有得到足够的关注。尽管如此，它为理解和优化喷雾雾化过程提供了无可替代的物理基础和分析工具，是技术人员案头必备的“内功心法”。

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