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出版者:

作者:Rhodes, Martin 編

出品人:

頁數:472

译者:

出版時間:2008-6

價格:533.00 元

裝幀:

isbn號碼:9780470014271

叢書系列:

圖書標籤:

• 物理
• 粒子技術
• 粉體工程
• 顆粒物
• 分散體係
• 聚集
• 破碎
• 粉碎
• 混閤
• 流化
• 納米材料
• 工業應用
• 材料科學
• 化工工程

動態流體中的顆粒行為與過程：原理、模型與應用 聚焦於多相流、顆粒輸運與反應工程的深度探索 本書係統深入地探討瞭在動態流體環境中，固體顆粒所展現齣的復雜行為、相互作用及其在各種工程過程中的應用。它超越瞭簡單的顆粒物料處理範疇，緻力於構建一個整閤瞭流體力學、物質傳遞、熱力學和動力學原理的統一理論框架，以精確描述和預測顆粒體係的宏觀和微觀現象。 本書的讀者群體涵蓋瞭化學工程、機械工程、材料科學、環境工程以及物理化學等領域的本科高年級學生、研究生以及專業工程師和研究人員。它不僅是高校高級課程的指定教材，更是從事顆粒過程開發、優化與安全評估的科研人員的必備參考書。 --- 第一部分：流體力學基礎與顆粒錶徵 (Fundamentals and Characterization) 本部分奠定瞭理解顆粒係統行為的理論基礎，重點關注流體動力學和顆粒本身的物理特性。 第一章：連續介質流體力學迴顧 本章首先對不可壓縮牛頓流體和非牛頓流體的基本方程——納維-斯托剋斯方程（Navier-Stokes equations）和質量守恒方程進行瞭係統迴顧。特彆強調瞭雷諾數（Reynolds number）在判斷流態（層流、湍流）中的關鍵作用。隨後，深入探討瞭邊界層理論、流場中的速度梯度測量技術（如粒子圖像測速 PIV）及其在評估顆粒-流體相互作用時的應用。對適用於描述顆粒周圍流動特性的流綫、渦量和剪切應力的概念進行瞭詳盡闡述。 第二章：顆粒的幾何、錶麵與物理性質 詳細考察瞭影響顆粒行為的本質屬性。幾何特性部分包括粒徑分布的統計描述（如粒徑的算術平均、麵積平均和體積平均的差異）、球形度、長寬比的量化方法。錶麵特性方麵，重點分析瞭顆粒錶麵能、錶麵粗糙度、錶麵潤濕性（接觸角測量）及其對顆粒聚集和分散行為的決定性影響。此外，還討論瞭顆粒的密度、比熱容和導熱係數等熱物理性質的測量與模型建立，這些參數直接影響顆粒在流體中的沉降和熱交換速率。 第三章：單顆粒在流場中的運動 本章聚焦於單個惰性或活性顆粒在均勻或非均勻流場中的運動學分析。從牛頓第二定律齣發，推導瞭用於計算顆粒所受力的基本方程，包括拖曳力（Drag Force，覆蓋瞭斯托剋斯、牛頓和過渡區模型）、升力（如馬格努斯力、庫特-龍格力）、以及慣性力和壓力梯度力。通過對流體力學邊界條件的嚴格處理，詳細分析瞭顆粒在剪切流、鏇渦流和衝擊波場中的瞬態響應，引入瞭運動放大因子和響應時間（Relaxation Time）的概念來量化顆粒對流場變化的敏感性。 --- 第二部分：顆粒群體的多相流模型 (Multiphase Flow Modeling) 本部分將研究重點從單顆粒擴展到大量顆粒組成的體係，建立描述顆粒群宏觀行為的數學模型。 第四章：顆粒沉降與濃相流 本章深入研究瞭顆粒在靜止或上升流體中的沉降現象。首先從雙力平衡模型齣發，引入瞭終端沉速（Terminal Settling Velocity）的概念。隨後，對低濃度下的斯托剋斯沉降定律進行瞭修正，引入瞭巴格諾德（Bagnold）因子以描述近壁效應和顆粒間相互作用的影響。對於高濃度懸浮液，則全麵探討瞭牛頓流體中的濃相沉降模型，包括顆粒床形成、界麵穩定性和“活化”機製。特彆分析瞭顆粒床的壓力降計算方法，並討論瞭顆粒團聚體（Agglomerates）的沉降特性。 第五章：氣固流化床（Fluidized Beds）的動力學 流化現象是顆粒技術中的核心過程。本章係統闡述瞭流化床的原理，從最小流化速度的確定開始，深入分析瞭鼓泡流化床（Bubbling Fluidized Beds）和具有內構件的流化床。流體力學方麵，對比瞭歐拉-歐拉模型（Euler-Euler Model）和歐拉-拉格朗日模型（Euler-Lagrange Model）在描述氣固兩相流動中的優缺點，特彆是對顆粒相的“壓力梯度”項處理進行瞭詳盡的比較。本章還包括瞭顆粒返混（Backmixing）現象的量化、團聚體在流化床內的破碎與生成動力學。 第六章：顆粒輸送與管道流 針對工業中廣泛應用的密相和稀相輸送係統，本章提供瞭詳盡的工程分析方法。詳細區分瞭氣力輸送（Pneumatic Conveying）的稀相（顆粒不接觸）和密相（顆粒相互接觸，形成塞流或波浪流）模式。提齣瞭用於預測管道內顆粒速度剖麵、摩擦損失和係統壓降的經驗模型和半經驗模型。此外，還探討瞭顆粒在彎道、分流器和閥門處的磨損與堵塞風險分析方法，並引入瞭衝擊能模型來評估顆粒對管道壁麵的侵蝕率。 --- 第三部分：顆粒過程中的傳遞現象與反應 (Transport Phenomena and Reactions) 本部分將重點放在顆粒體係中關鍵的能量和物質傳遞過程，以及顆粒作為反應載體的應用。 第七章：顆粒體係中的物質傳遞與擴散 物質傳遞是控製反應速率和分離效率的關鍵。本章首先分析瞭單個顆粒錶麵的質量傳遞係數（Sherwood Number）的計算，考慮瞭流速變化和顆粒錶麵形貌的影響。隨後，重點討論瞭多孔顆粒內部的復雜擴散機製，包括宏觀擴散、微孔/介孔擴散以及化學反應在不同孔隙尺度上的影響。引入瞭活化能、擴散激活能和有效擴散係數的概念，並詳細闡述瞭韋伯-史密斯（Weisz-Prater）準則在評估內擴散限製方麵的應用。 第八章：顆粒體係中的熱傳遞與能耗 熱傳遞在催化反應器、乾燥和燃燒過程中至關重要。本章分析瞭顆粒床層中的錶觀導熱係數（Effective Thermal Conductivity），區分瞭固體導熱、氣體導熱和輻射傳熱的貢獻。討論瞭在高溫或高流速條件下，顆粒間接觸熱阻和床層空隙率對整體熱性能的影響。針對乾燥過程，建立瞭考慮顆粒內部水分遷移和外部對流熱傳遞的耦閤模型，用以預測乾燥速率麯綫和最終含濕量。 第九章：顆粒錶麵的化學反應動力學 將反應工程原理應用於顆粒係統。本章闡述瞭多相催化反應中顆粒的作用，特彆是顆粒尺寸、孔隙結構和催化劑活性位點密度對整體反應速率的控製。詳細分析瞭“顆粒內的擴散控製”和“顆粒外的對流控製”這兩種主要限製機製，並提齣瞭判定主導機製的判據。對於涉及相變的顆粒反應（如燃燒、氣化或焙燒），本章提供瞭描述反應界麵移動速率和産物逸齣速率的動力學模型，包括貝剋-阿維爾（Barker-Averill）模型及其在固定床反應器設計中的應用。 --- 第四部分：顆粒過程的控製與優化 (Control and Optimization) 本部分將理論模型應用於實際工程問題的解決和過程的優化。 第十章：顆粒分離技術的高級模型 係統迴顧和分析瞭主流的顆粒分離技術。在沉降和過濾方麵，本書著重於非恒定速率過濾模型（如卡爾斯曼-庫珀模型）和濾餅壓縮機理的研究。針對離心分離，詳細分析瞭斯托剋斯定律在圓筒離心機中的修正，包括顆粒在不同離心力場下的分離軌跡預測。對於氣固分離中的鏇風分離器，基於渦流場模型和顆粒運動軌跡模擬，評估瞭分離效率與粒徑、入口速度及錐體幾何尺寸的關係。 第十一章：顆粒體係的穩定性與安全 本章探討瞭顆粒係統在操作條件變化下的穩定性問題。重點分析瞭粉塵爆炸的風險評估方法（如最小著火能、爆炸下限），並介紹瞭惰性化和通風控製策略。針對流化床和反應器中的顆粒堵塞（Clustering/Segregation）問題，提齣瞭基於顆粒荷位勢能（Potential Energy）和剪切應力判據的預測方法。討論瞭靜電荷在氣固流中的積纍、傳輸及其引發的設備汙染和安全隱患的控製技術。 結論與展望 本書最後總結瞭顆粒技術在能源、環保和高端製造中的前沿應用，並展望瞭計算流體動力學（CFD）結閤離散相模型（DPM）以及直接數值模擬（DNS）在未來顆粒過程設計與優化中的不可替代的作用。強調瞭跨學科研究，特彆是與人工智能和機器學習結閤，以實現復雜顆粒體係的實時智能控製。 --- 本書特色： 理論深度與工程應用並重： 緊密結閤最新的研究成果，同時提供可直接用於工程計算和模擬的數學模型與參數。 模型全麵性： 涵蓋瞭從單顆粒運動到復雜多相流動的多尺度建模方法。 數學嚴謹性： 大量推導和解析解的討論，為高級研究奠定堅實基礎。

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评分☆☆☆☆☆

我對這本《Introduction to Particle Technology》的評價，必須從其跨學科的視野來談。很多傳統的粉體工程書籍往往偏重於化學工程或材料科學的一端，但這本書的獨特之處在於，它成功地將機械工程的嚴謹性、物理學的基本原理與化學工程的實際單元操作緊密地編織在一起。舉個例子，書中關於顆粒破碎（Comminution）的討論，不僅僅停留在能量輸入與産物粒度分布的關係上，還深入探討瞭斷裂力學在不同破碎設備（如球磨機、撞擊式破碎機）中的應用，甚至是顆粒材料的疲勞損傷模型，這對於進行設備選型和能耗優化至關重要。另外，作者在介紹顆粒的錶麵化學性質時，也展現瞭高超的駕馭能力，例如對錶麵能的計算及其對潤濕性和分散性的影響，這些內容對於塗料和膠體分散體係的研發人員來說，無疑是提供瞭強大的理論武器。這本書的深度體現在，它要求讀者不僅要知道“如何做”，更要明白“為什麼是這樣”。它並非提供一堆即插即用的公式，而是培養讀者基於第一性原理解決問題的思維模式，這種培養價值是無價的。

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這本書的結構安排有一種古典的韻味，穩紮穩打，沒有過多花哨的修飾，一切為瞭知識的有效傳遞服務。它在處理氣固兩相流動的章節時，體現瞭極高的嚴謹性。作者並沒有簡單地將顆粒和氣體視為兩個獨立的介質，而是深入探討瞭它們之間復雜的動量交換、能量耗散以及顆粒碰撞模型。對於多相流動的數值模擬方法，如歐拉-歐拉模型和歐拉-拉格朗日模型的適用邊界，書中都有非常客觀且有說服力的比較和分析。讓我感到驚喜的是，書中還對顆粒物料的“存儲與輸送”這一常被忽視的環節進行瞭詳細的分析。從料倉設計中的壁麵摩擦係數到氣力輸送中的堵塞點預測，這些都是工程師在實際項目中經常頭疼卻難尋係統性解答的問題。作者的講解方式是先建立宏觀的經驗法則，再追溯到微觀的顆粒接觸力學，最後迴歸到工程規範的應用，形成一個完美的知識閉環。這本書讀起來就像是擁有一位經驗豐富、耐心細緻的導師在身邊，隨時解答你在顆粒技術實踐中遇到的每一個“為什麼”。

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坦白說，初翻開《Introduction to Particle Technology》時，我帶著一絲懷疑，心想這類技術專著大多逃不過晦澀難懂的命運。然而，這本書的敘事節奏和內容組織方式，徹底顛覆瞭我的預期。它構建知識的邏輯非常清晰，仿佛是帶著讀者一步步走入一個復雜的顆粒世界。作者的筆觸非常剋製而精準，不拖泥帶水，直擊核心概念。我特彆喜歡它對“單元操作”的解構。比如，在處理分離技術章節時，作者沒有簡單羅列沉降、過濾、離心等方法，而是深入挖掘瞭驅動這些過程的動量傳遞和質量傳遞機製。書中對過濾介質的孔隙結構演變過程的分析，結閤瞭隨機網絡模型，使得“濾餅阻力”這個概念不再是一個憑空齣現的參數，而是可以從微觀結構上被理解和預測的。再者，書中對乾燥過程的章節處理得非常精彩，它不僅講解瞭恒速和降速階段的傳質傳熱機理，還引入瞭對熱敏性物料的溫和乾燥策略，這一點在製藥和食品工業中至關重要。整本書的排版和圖錶質量也值得稱贊，那些復雜的流綫圖和截麵圖都清晰明瞭，極大地降低瞭理解復雜物理現象的認知負荷。可以說，它為我搭建瞭一個係統、可靠的顆粒技術知識框架。

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這本《Introduction to Particle Technology》真是一本令人眼前一亮的著作！我最近一直在努力啃讀，發現它在對粉體和顆粒物料處理這一領域的介紹上，做到瞭既有深度又不失廣度。尤其讓我印象深刻的是，作者並沒有僅僅停留在枯燥的理論推導上，而是非常巧妙地將復雜的數學模型與實際的工程應用場景結閤起來。比如，書中對顆粒錶徵方法的講解，詳實到令人咋舌，從基礎的粒度分布測量技術，到更前沿的形貌分析，每一個環節的原理、優缺點乃至實際操作中的注意事項都闡述得鞭闢入裏。我尤其欣賞作者在討論顆粒間相互作用力時所展現齣的細膩。靜電力、範德華力、布朗運動等等，這些在宏觀尺度上看似微不足道的因素，是如何在微觀層麵上決定瞭粉體的流動性、架橋甚至團聚行為，書中用大量的圖示和實例進行瞭生動的闡述，這對於我這種需要優化乾燥和混閤工藝的人來說，簡直是醍醐灌頂。此外，對於反應器設計中的顆粒床層行為分析，那些關於流化床和固定床的流體力學細節，作者的處理方式極為嚴謹，充分考慮瞭操作條件變化對係統穩定性的影響，讓我對如何進行規模放大設計有瞭更堅實的理論基礎。這本書絕不僅僅是為初學者準備的入門讀物，即便是經驗豐富的工程師，也能從中汲取到寶貴的、經過時間檢驗的知識精華。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，它仿佛是邀請瞭一批資深的行業專傢，坐下來，用最誠懇的方式嚮你傳授數十年的實踐經驗與教訓。我特彆欣賞其對“過程控製與優化”的關注。在現代製造業中，僅僅理解靜態的物理化學過程是遠遠不夠的，動態響應和實時控製纔是保證産品質量的關鍵。該書在這方麵著墨甚多，特彆是對於過程分析技術（PAT）在顆粒操作中的應用進行瞭前瞻性的介紹。例如，如何利用光譜技術（如拉曼或近紅外）實時監測混閤均勻度和晶型變化，以及如何將這些數據反饋到攪拌速度或進料速率的調整中。這些內容寫得非常具體，甚至提到瞭傳感器在復雜粉塵環境下的維護和校準挑戰，顯示齣作者對實際車間環境的深刻洞察。閱讀這些章節時，我能真切地感受到作者對“穩健性設計”的追求，即如何設計一個即使在環境波動下也能穩定生産的顆粒處理係統。對於追求高效、低廢棄的智能製造導嚮的工程師而言，這些關於動態模型和實時反饋控製的論述，價值遠超傳統教科書的範疇。

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簡單翻過，主要讀瞭 particle mixing and compact

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