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出版者:

作者:Phillips, Owen M.

出品人:

頁數:298

译者:

出版時間:2009-2

價格:$ 100.57

裝幀:

isbn號碼:9780521865555

叢書系列:

圖書標籤:

地質流體動力學
流體動力學
地質學
地球物理學
地質物理
熱力學
數值模擬
地球科學
地殼
地幔

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具體描述

This book is the long-awaited successor to Owen Phillips's classic textbook, Flow and Reactions in Permeable Rocks, published in 1991. In the intervening 18 years between the two, significant advances have been made to our understanding of subterranean flow, especially through the vast amount of research into underground storage of nuclear waste and aquifer pollution. This new book integrates and extends these modern ideas and techniques and applies them to the physics and chemistry of sub-surface flows in water-saturated, sandy and rocky media. It describes essential scientific concepts and tools for hydrologists and public health ecologists concerned with present day flow and transport, and also for geologists who interpret present day patterns of mineralization in terms of fluid flow in the distant past. The book is ideal for graduate students and professionals in hydrology, water resources, and aqueous geochemistry.

《地質流體動力學》是一本深入探討地球內部和地錶流體運動的著作。本書詳細闡述瞭控製這些流體行為的物理原理，並將其應用於各種地質現象的解釋和預測。全書共分為幾個主要部分。第一部分：流體基本性質與連續介質力學此部分奠定瞭理解地質流體的基礎。首先，我們將詳細介紹構成地質流體的物質，包括水、油、氣、岩漿以及一些粘稠的流體，分析它們的密度、粘度、壓縮性、錶麵張力等關鍵物理性質，並探討這些性質如何隨溫度、壓力和化學成分的變化而演變。接著，我們將引入連續介質力學的基本概念，如物質導數、張量分析、應力-應變關係等，為後續分析提供數學工具。重點會放在描述流體的運動和變形，包括歐拉描述和拉格朗日描述，以及速度場、加速度場等概念。第二部分：流體靜力學與浮力在此部分，我們將聚焦於靜止流體所遵循的規律。流體靜力學的基本原理，如壓力隨深度的增加而綫性增長，以及壓力在同一水平麵上處處相等，將被細緻地講解。我們將深入探討浮力及其在各種地質過程中的作用，例如岩石圈闆塊的漂浮、地幔對流中的物質分選、以及地下水係統的壓力分布。本書還會討論不同密度流體界麵上的平衡狀態，以及這些平衡如何受到擾動而發生變化。第三部分：流體動力學方程組這是本書的核心部分，我們將係統地推導和分析描述流體運動的數學方程組。主要包括：質量守恒方程（連續性方程）：描述物質在空間中的分布和遷移，在地下水流動、岩漿運移、多孔介質中的氣體擴散等方麵至關重要。動量守恒方程（納維-斯托剋斯方程及其簡化形式）：描述流體受力後的運動狀態，考慮慣性力、壓力梯度力、粘性力、重力以及其他外部力的作用。本書將根據不同的地質環境，推導並分析適用於不同雷諾數範圍的簡化方程，例如達西定律、布林剋曼方程等，並討論其適用邊界。能量守恒方程：描述流體中的能量傳遞和轉化，包括熱傳導、對流換熱、以及相變潛熱等。這對於理解地熱係統、火山活動、以及地下流體的溫度分布至關重要。我們將詳細講解這些方程組的推導過程，並探討不同項的物理意義。第四部分：流體在多孔介質中的流動本部分專門探討流體如何在岩石、土壤等具有孔隙結構的介質中流動。我們將深入講解達西定律及其適用範圍，並介紹非達西流動、非均勻多孔介質流動等更復雜的情況。書中會詳細分析滲透率、孔隙度、比錶麵積等影響流體滲透性的關鍵參數，以及它們如何受岩石類型、壓實度、膠結程度、裂縫發育等因素的影響。我們將討論地下水在含水層中的流動規律、油氣在地層中的運移、以及溶液在岩石中的擴散和反應。第五部分：流體穩定性與對流流體的不穩定性是驅動許多地質過程的關鍵因素。我們將從理論上分析流體失穩的條件，包括瑞利數、普朗特數等無量綱參數的作用。重點將放在討論自然對流，如地幔對流、岩漿房中的對流、以及含鹽地下水的對流。本書將分析對流模式的形成，如元胞、羽流等，並探討它們如何影響物質和能量的輸運。第六部分：復雜流體流動與多相流地質環境中常常存在多種流體共存的情況，例如油、氣、水在地下。本部分將分析多相流的復雜性，包括相界麵處的相互作用、相對滲透率的概念、以及毛管壓力等。我們將討論油氣藏中的流動、地下水和汙染物的混閤遷移、以及地下水和岩漿的相互作用。此外，本書還會涉及一些具有特殊性質的流體，如粘彈性流體、非牛頓流體等，以及它們在地質過程中的潛在作用。第七部分：數值模擬與應用為瞭解決復雜的流體動力學問題，數值模擬是必不可少的工具。本部分將介紹常用的數值求解方法，如有限差分法、有限元法、有限體積法等，並討論它們在地質流體動力學模擬中的應用。我們將展示如何利用這些方法來模擬地下水流、油氣運移、地熱開發、以及火山活動等。本書還將提供一些實際案例分析，展示流體動力學理論如何應用於解決現實世界中的地質工程問題，例如地下水資源管理、地下汙染物擴散評估、以及地熱能源的開發利用等。《地質流體動力學》的目標讀者包括地球科學、地質工程、環境科學等領域的學生、研究人員和專業人士。通過閱讀本書，讀者將能夠深刻理解控製地質流體運動的物理原理，掌握分析和解決相關問題的工具，從而更深入地認識我們星球的動態過程。