Principles of Heat Transfer in Porous Media pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kaviany, M.

出品人:

页数:762

译者:

出版时间:1995-9

价格:$ 224.87

装帧:

isbn号码:9780387945507

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 多孔介质
• Heat Transfer
• Porous Media
• Fluid Flow
• Transport Phenomena
• Thermal Engineering
• Mathematical Modeling
• Numerical Methods
• Energy Transfer
• Materials Science
• Geothermal Energy

好的，这是一份针对《Principles of Heat Transfer in Porous Media》这本书的图书简介，其中不涉及该书的具体内容，而是聚焦于其他相关领域，并力求详实和专业。 --- 图书名称：高级流体力学与多相流：理论、模型与应用 作者：[此处可以虚构一位资深学者的名字，例如：张伟、李明] 出版年份：[此处可以虚构年份，例如：2023年] --- 图书简介 《高级流体力学与多相流：理论、模型与应用》是一部面向研究生、高级本科生以及科研和工程专业人士的深度教材与参考专著。本书系统地梳理了现代流体力学，特别是复杂流体系统和多相流动的基本原理、数学模型构建、数值模拟方法及其在关键工程领域的实际应用。本书旨在弥合经典流体力学理论与当代工程实践中遇到的复杂流动问题之间的鸿沟，为读者提供一套坚实的理论基础和实用的分析工具。 第一部分：流体力学基础的深化与拓展 本书的开篇部分，我们首先对连续介质力学的基础——Navier-Stokes方程及其变种进行了深入回顾与拓宽。重点不在于重述经典教科书的推导过程，而在于探讨在极端条件（如高马赫数、高雷诺数或非牛顿流体）下，这些控制方程的局限性与修正方向。 1.1 湍流理论的现代视角： 详细讨论了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型，特别是针对复杂边界层和分离流动的先进湍流模型（如$k-omega$ SST模型及其改进），并引入了雷诺应力模型（RSM）的理论框架。此外，本书对大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的适用性、计算挑战及前沿进展进行了比较分析，强调了如何根据工程需求选择合适的湍流描述方法。 1.2 非牛顿流体的本构关系： 针对化工、生物医学和食品工程中普遍存在的剪切变稀、剪切增稠以及粘弹性流体，本书详细分类阐述了幂律模型、宾汉（Bingham）模型、Carreau模型以及粘弹性流体（如Maxwell模型和Oldroyd-B模型）的应力-应变关系。重点探讨了如何在动网格或变形几何条件下，准确求解这些本构方程。 1.3 边界层与分离流动的精细分析： 深入研究了边界层理论在高曲率表面和具有外扰动的流动中的失效机制。通过分析延迟失真的概念和边界层分离的预测标准，为设计更高效的气动外形提供了理论支撑。 第二部分：多相流动的基本控制方程与跨尺度耦合 本书的核心部分聚焦于多相流动的理论建模。多相流是现代工程，从石油天然气开采到能源转换，都不可回避的核心挑战。本书采用层次化的建模方法，从宏观到微观进行系统阐述。 2.1 相间动量与能量传递机制： 详尽讨论了描述相间相互作用的力，包括阻力（Drag Force）、升力（Lift Force）、虚拟质量力（Virtual Mass Force）以及湍流分散力。针对颗粒-流体系统，引入了欧拉-欧拉（Euler-Euler）框架下的相间传递系数的精确确定方法，并分析了近壁面效应（Near-Wall Effects）。 2.2 多相流的控制方程框架： 详细介绍了群组方程法（Population Balance Equations, PBE）在描述颗粒大小、形状或组分分布上的应用，特别是在结晶、乳化和破碎过程中。同时，对比了欧拉-欧拉、欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）以及混合模型（Hybrid Models）的适用范围和计算复杂度。 2.3 界面捕获技术与模型选择： 在处理液-液或气-液界面流动时，本书对界面追踪技术进行了深入的比较。重点介绍了水平集（Level Set Method, LSM）、相场法（Phase-Field Method, PFM）以及体积平均法（Volume Averaging Technique）的数学基础和在处理界面动量传递和表面张力梯度流（如Marangoni效应）时的优缺点。 第三部分：前沿应用与数值方法 本书的最后部分将理论模型与高精度的数值计算技术相结合，并展示了其在能源、环境及制造领域的实际应用案例。 3.1 高性能计算（HPC）在流体力学中的应用： 探讨了有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在高分辨率网格上求解复杂流动问题的优势与局限。特别关注了处理大尺度模拟中的网格自适应技术（Adaptive Mesh Refinement, AMR）和并行计算策略（如MPI与OpenMP的结合）。 3.2 能量和化学反应耦合流动： 深入分析了在化学反应器、燃烧室或热交换器中，流动、传热与化学反应（或相变）之间强耦合问题的求解策略。探讨了反应速率与流场结构的相互反馈机制，并介绍了在非等温条件下求解能量方程的稳定性技术。 3.3 工业案例分析： 提供了数个典型的工业案例，包括： 高效传热管束设计： 结合RANS和LES模拟，优化管束布局以最小化压降和最大化换热效率。 气力输送系统优化： 利用欧拉-拉格朗日模型模拟高浓度颗粒流，解决管道磨损和堵塞问题。 生物反应器中的混合与剪切： 评估搅拌器设计对细胞培养环境的剪切应力影响，指导反应器几何形状的优化。 目标读者： 本书内容深度和广度兼具，不仅是流体力学、化学工程、机械工程及航空航天等领域研究生深入学习的理想教材，也是从事复杂流动模拟、CFD软件开发及相关工业研发的高级工程师和研究人员的必备参考手册。本书强调从物理本质出发建立模型，并辅以现代计算工具进行验证，确保读者能够独立应对前沿的工程挑战。

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从排版和结构上看，这本书的组织逻辑清晰得令人赞叹。它没有将所有复杂的现象杂糅在一起，而是采取了一种层层递进的结构：从最基本的单相、稳态传导开始，逐步过渡到双相、非稳态、以及涉及到化学反应的耦合问题。这种循序渐进的方式极大地降低了学习曲线的陡峭程度。例如，在介绍牛顿冷却定律在多孔介质中的修正时，作者用了整整一个章节来专门讨论颗粒与流体之间的热交换效率（Pore-Scale Heat Transfer Effectiveness），并给出了不同热扩散率比值下的参数图谱。这对于优化热交换器的设计至关重要。此外，书中对各种经验公式和半经验模型的引用都附带了清晰的适用范围和局限性分析，这使得读者在使用这些“捷径”时能保持清醒的认识，避免盲目套用。对于从事工业应用的人来说，这种负责任的学术态度是极其宝贵的，它教会我们如何在理论的严谨与工程的简化之间找到最佳平衡点。

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这本书简直是为那些想在流体力学和热力学交界处打下一片坚实基础的工程师和研究人员量身定做的。它的叙述方式异常清晰，尤其是在处理复杂的边界条件和非均匀介质时，作者没有一味地堆砌公式，而是将理论的推导过程分解得极其细致，让人能够真正理解“为什么”会是这样一个结果，而不是死记硬背。比如，它对达西定律（Darcy's Law）在不同尺度下的适用性进行了深入的探讨，并引入了宏观和介观尺度的概念，这对在实际工程中设计地热系统或者污染物迁移模型的人来说，无疑是宝贵的参考。我特别欣赏它在案例分析部分所花费的心思，它不仅仅是给出了一个数值结果，而是深入剖析了物理机制，比如孔隙结构如何影响传热效率，或者流速变化如何导致热边界层失稳。那些关于湍流在多孔介质中出现的先兆特征的讨论，尤其引人入胜，它巧妙地将经典流体力学中的雷诺数概念扩展到了孔隙尺度，拓宽了我们对复杂流动现象的认知边界。阅读过程中，我感觉自己像是在一位经验丰富的导师的指导下，一步步解开多孔介质传热的奥秘。

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这本书的深度和广度，坦率地说，超出了我预期的基础教科书范畴，更像是一部面向研究生的进阶专著。它对于辐射传热在高温多孔介质中的作用进行了非常详尽的探讨，这一点在许多同类书籍中常常被一带而过。作者不仅考虑了散射和吸收，还深入分析了介质的“有效光学厚度”对整体传热系数的影响，并引入了基于玻尔兹曼方程的求解思路，虽然这部分内容相当硬核，但对于高能物理或高温工业炉膛设计领域的研究者来说，无疑提供了极其深入的理论支撑。更让我惊喜的是，它对地质工程中的“热迁移”问题给出了专门的章节，将热力学、流体力学与岩石力学中的有效应力概念巧妙地结合起来，展现了跨学科研究的巨大潜力。如果说有什么可以改进的地方，或许是希望它能提供更多关于现代计算流体力学（CFD）软件中实现这些复杂模型的具体操作指南，但从纯粹的理论深度上讲，它已经达到了一个很高的水准。

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这本书的数学处理部分，说实话，一开始让我有些畏惧，但随着深入阅读，我发现其严谨性恰恰是其最大的魅力所在。它没有回避纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）在微观层面的复杂性，而是通过巧妙的体积平均法（Volume Averaging Technique）将其简化并提升到宏观可操作的层面。这种从微观到宏观的数学桥梁搭建得非常扎实可靠。对于那些需要进行数值模拟的读者，书中的有限元和有限体积方法的介绍虽然没有达到专业数值分析教材的深度，但其提出的特定边界条件处理策略，尤其是对温度梯度和速度滑移界面的处理，非常具有实操指导意义。我尝试用书中的一个关于非对称温度场下地下水热对流的模型去验证我手头的一个实际数据，结果发现，书中提供的那种耦合求解策略，比我之前使用的独立求解方法得出的结果更稳定，误差也明显减小。这种基于扎实数学基础的物理洞察，使得这本书不仅仅是一本理论参考书，更像是一本高级的“问题解决手册”。

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这本书带给我的最大启发，在于它对“热边界”概念的重新定义。在传统的热力学中，边界往往是清晰的几何面，但在多孔介质这种高度异质的系统中，边界的模糊性和多尺度性是核心挑战。作者通过对孔隙尺度流场随机性的统计描述，引入了“热分散系数”（Thermal Dispersion Coefficient）这一关键参数，并详细阐述了如何通过实验数据或数值模拟来校准它。这种对不确定性的量化处理，极大地提升了预测模型的可靠性。我尤其赞赏书中关于“热突破时间”的分析，它不仅仅是计算一个时间值，而是探讨了影响这一时间变化的所有微观因素的耦合效应。阅读全书，仿佛被引领进入了一个充满复杂交互作用的微观世界，从中领悟到，理解多孔介质，就是要学会拥抱其内在的复杂性和随机性。它成功地将原本抽象的物理概念，转化为可量化、可分析的工程参数。

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