Transport Phenomena in Porous Media pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ingham, D. B. (EDT)/ Pop, Ioan I. (EDT)

出品人:

页数:468

译者:

出版时间:2002-7

价格:$ 271.20

装帧:

isbn号码:9780080439655

丛书系列:

图书标签:

• Transport Phenomena
• Porous Media
• Fluid Flow
• Heat Transfer
• Mass Transfer
• Multiphase Flow
• Capillary Pressure
• Permeability
• Diffusion
• Convection
• Numerical Simulation

复杂多孔介质中的流体与物质传输：理论、模型与应用 图书简介 本书深入探讨了在多孔介质中发生的流体流动与物质传输现象，涵盖了从基础理论到前沿应用的广泛领域。多孔介质广泛存在于自然界与工程实践中，如土壤、岩石、过滤材料、生物组织乃至电池电极等，其独特的结构赋予了物质传输过程高度的复杂性和非线性。本书旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面且严谨的框架，以理解和量化这些复杂系统中的输运机制。 第一部分：多孔介质的结构与基本概念 本书伊始，我们首先对多孔介质的几何结构进行了详尽的描述。这包括对孔隙度、渗透率、比表面积、孔径分布以及连通性的深入分析。我们探讨了描述这些结构的统计学方法，如随机场理论和几何模型，强调了孔隙结构对整体传输性能的关键影响。此外，书中的第一部分还建立了描述宏观尺度上流体流动的基本守恒方程，包括质量守恒和动量守恒。 达西定律的拓展与局限性 核心内容之一是对经典的达西定律进行系统性的回顾和拓展。我们详细讨论了达西定律在不同雷诺数范围下的适用性，并引入了非线性模型来描述高流速下的流动行为，如Forchheimer修正项的引入及其物理意义。对于低雷诺数流动，我们探讨了粘滞力和惯性力之间的平衡，并阐述了如何通过实验测量和数值模拟来确定有效渗透率。 第二部分：流体动力学在多孔介质中的深入分析 在第二部分，我们转向流体动力学的复杂性。重点分析了流体在非均匀孔隙结构中的行为，特别是通道效应和润湿性对流动轨迹的影响。我们深入研究了边界层理论在孔隙尺度上的应用，以及毛细管力在驱动或阻碍流体运动中的核心作用。 毛管现象与非均匀流体流动 毛管力是多孔介质中许多重要现象（如地下水运动、油藏渗流）的驱动因素。本书详细阐述了毛细压力曲线的测量与建模，包括其滞后现象和扫描回线。对于多相流体系统（如水-油-气），我们构建了描述相间界面的动力学模型，探讨了润湿性、界面张力如何影响多孔介质中的非均匀流动，特别是对油气开采和环境修复至关重要的毛管阻力机制。 第三部分：物质和能量的传输机制 本书的第三部分聚焦于扩散、对流和传热在多孔介质中的耦合作用。物质传输不仅受限于主流体的对流，更受到孔隙壁面扩散和吸附作用的显著影响。 扩散与分散 我们区分了分子扩散（Fickian扩散）和对流色散。在多孔介质中，由于流速的不均匀性，即使在层流条件下也会发生纵向和横向的分散现象。本书详细分析了分散系数与流速、孔隙结构之间的关系，并引入了时间分数阶导数模型（Fractional-Order Models）来描述异常扩散（Subdiffusion）现象，这在粘土或页岩等低渗透率地层中尤为重要。我们还讨论了吸附/解吸过程对溶质传输的影响，特别是瞬态吸附与平衡吸附的动力学建模。 热传输与多物理场耦合 热传输分析涵盖了传导、对流和辐射。我们建立了有效导热系数模型，该模型依赖于固体骨架的导热性和流体相的导热性，以及孔隙填充率。更重要的是，我们探讨了热量、流体流动和物质传输之间的热力耦合效应。例如，在土壤冻融过程中，温度梯度驱动的液相迁移（Thermo-capillary flow）与扩散的相互作用，是理解冰冻圈水资源动态的关键。 第四部分：高级模型与数值方法 为了解决实际工程问题中复杂的几何形状和多尺度效应，本书的最后部分侧重于先进的建模技术。 多尺度建模与均质化 处理从微米级的孔隙到米级规模的工程结构，需要有效的多尺度策略。我们介绍了“体积平均法”（Volume Averaging Method, VAM）和“周期性单元模型”（Representative Elementary Volume, REV）的概念，用以从微观尺度推导出宏观尺度的有效传输方程。我们探讨了在不同尺度下，渗透率和扩散系数的尺度依赖性问题。 计算方法与离散化技术 本书提供了求解这些复杂偏微分方程组的数值工具箱。我们详细介绍了有限元法（FEM）、有限体积法（FVM）在处理非结构化网格和复杂边界条件上的应用。特别地，针对涉及自由边界和非线性扩散的接触问题，我们讨论了浸入式边界法（Immersed Boundary Method）和相场模型（Phase-Field Method）在模拟孔隙结构演化和界面动力学中的优势。 应用展望 最后，本书通过详尽的案例研究，展示了这些理论和模型在能源、环境和生物工程中的实际应用，包括： 1. 碳捕集与封存（CCS）： 模拟CO2在深层咸水含水层中的注入、迁移与长期封存行为，重点关注对流-扩散-反应耦合机制。 2. 水资源管理： 预测污染物在复杂含水层中的迁移路径和速率，评估修复技术的有效性。 3. 地热能开发： 模拟热流体在增强型地热系统（EGS）中的循环和热交换效率。 4. 生物医学工程： 模拟药物在多孔生物组织（如骨骼或肿瘤组织）中的传输与分布。 本书内容翔实、论证严密，是多孔介质传输现象领域内一部重要的参考专著。它不仅为学生提供了坚实的理论基础，也为从事相关研究和工程实践的专业人士提供了解决复杂问题的有效工具和深入见解。

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说实话，我买这本书主要是被它庞大的篇幅和严谨的扉页所吸引。作为一名刚刚接触到“多孔介质”这个概念的本科生，我对此领域知之甚少，但隐约觉得它在许多工程领域都有着广泛的应用。我希望这本书能够提供一个全面的入门导览，为我打下坚实的基础。我期待它能从最基本的水动力学概念讲起，例如达西定律在不同条件下的适用性，以及它如何被推广到更复杂的非达西流动情况。同时，我也希望书中能涉及一些热学方面的知识，比如在多孔介质中热量的传导和对流是如何发生的，以及温度梯度的存在如何影响流体的性质和流动行为。对于像我这样初学者来说，清晰的概念解释、易于理解的公式推导，以及一些简单的示例问题是至关重要的。我希望这本书的语言风格不会过于晦涩，能够让一个非专业背景的读者也能逐步领略其中的奥妙，并能为我后续深入学习相关的专业课程提供一个良好的开端。

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我一直认为，理解自然界和工程系统中的许多复杂现象，都离不开对“传输现象”这一核心概念的深刻把握。而“多孔介质”作为一种普遍存在的介质，其内部的传输过程更是充满了挑战和趣味。“Transport Phenomena in Porous Media”这个书名，立刻引起了我极大的兴趣。我非常期待这本书能深入探讨多孔介质中质量、动量和能量的传输机制。例如，在地下水文学中，污染物如何通过土壤和岩石层进行扩散和迁移？在石油工程中，油气如何在储层岩石中流动并最终被提取？在生物医学领域，药物如何在组织细胞的多孔结构中输送？我希望书中能够系统地梳理这些现象背后的物理过程，包括扩散、渗透、对流、毛细管作用等，并提供相应的数学模型和求解方法。尤其希望看到一些关于非牛顿流体在多孔介质中流动的讨论，以及多孔介质饱和度变化对传输性能的影响。如果书中还能包含一些现代计算流体力学（CFD）在多孔介质模拟中的应用，那将对我非常有帮助。

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作为一名对材料科学领域有浓厚兴趣的研究生，我一直在寻找一本能够深入解析多孔材料特性，特别是其传热传质行为的权威著作。这本书的书名“Transport Phenomena in Porous Media”正好契合了我当前的研究方向。我非常期待书中能够详尽地介绍各种典型多孔材料（如陶瓷、聚合物泡沫、纤维素基材料等）的微观结构特征，以及这些结构如何直接影响其宏观的传导性能。例如，孔隙的连通性、孔径分布、比表面积等因素，在我看来，是决定传热效率和物质扩散速率的关键。我希望书中能够提供清晰的数学框架来量化这些关系，并且通过大量的实验数据和图表来直观地展示这些理论的普适性。此外，我也对多相流在多孔介质中的行为特别感兴趣，尤其是在催化剂载体、过滤膜等应用场景中，了解不同相之间的相互作用以及它们如何影响整体的传输效率，对我设计更高效的材料至关重要。我希望本书能在此方面提供深入的见解，并介绍一些评估和优化多孔材料传导性能的策略。

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这本书的封面设计就透露出一种严谨而深邃的气息，书脊上清晰的字迹“Transport Phenomena in Porous Media”更是激发了我对这一领域深入探索的渴望。我一直对多孔介质中物质和能量的传输过程充满好奇，尤其是在石油工程、地下水流、甚至生物材料等领域，理解这些现象的机制至关重要。我希望这本书能够为我揭示隐藏在这些复杂系统背后的物理原理，例如不同孔隙结构如何影响流体的渗透性，多孔介质的饱和度如何影响传热效率，以及界面效应在其中的作用。我特别期待书中能够包含一些关于扩散、对流和相变等基本传输机制在多孔介质中的具体表现形式的详细阐述。例如，在土壤中水分的迁移，或是岩石中气体扩散的速率，这些看似简单的现象背后往往蕴含着复杂的数学模型和物理规律。我希望这本书能够循序渐进地引导我理解这些模型，并提供一些实际案例来佐证理论的有效性。同时，我也希望能看到一些关于先进测量技术和数值模拟方法的介绍，这些工具对于分析和预测多孔介质中的传输现象至关重要，能帮助我们更好地理解和解决实际工程问题。

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从我收到这本书的那一刻起，我就被它厚实的质感和充满学术气息的排版所吸引。这本书的题目“Transport Phenomena in Porous Media”完美地概括了我多年来对这一交叉学科领域的研究兴趣。我特别希望书中能够详细阐述各种类型的多孔介质（如颗粒堆积、泡沫材料、裂缝性介质等）在不同环境下的传输特性。我期待看到关于多孔介质热物理性质的深入分析，例如其有效导热系数、比热容以及热扩散系数是如何由微观结构和组成决定的。同时，我也对多孔介质中物质的扩散过程充满好奇，特别是在浓度梯度驱动下的分子扩散，以及在高渗透性介质中的对流混合。我希望书中能提供一些关于这些传输现象的微观机理的解释，例如孔隙几何形状、流体粘度、表面张力等因素如何影响传输速率。此外，我也希望能看到一些关于如何通过工程手段来调控多孔介质的传输性能的讨论，例如通过改变材料的孔隙结构或者引入添加剂来优化其传热传质效率。

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