表面活性剂湍流减阻 [Turbulent Drag Reduction by Surfactant Additives] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李凤臣 等 著

图书标签:

• 表面活性剂
• 湍流
• 减阻
• 流体力学
• 界面化学
• 添加剂
• 阻力降低
• 流体动力学
• 表面张力
• 传热学

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040343151

版次：1

商品编码：11022332

包装：精装

外文名称：Turbulent Drag Reduction by Surfactant Additives

开本：16开

出版时间：2012-06-01

用纸：胶版纸

页数：220

字数：270000

正文语种：中文

内容简介

表面活性剂湍流减阻是流体动力学领域多年来的研究热点，这一现象同时与湍流、流变学、流体动力学研究方法等多个方面密切相关，而且对其进行应用推广需要化工、机械、市政等不同领域知识的有机结合。《表面活性剂湍流减阻》正是在这一背景下，基于表面活性剂湍流减阻流动研究领域最新的实验、数值模拟和理论分析方面的研究成果，详细阐述有关表面活性剂湍流减阻流动的湍流特性、流变学物性、理论、特殊技术以及实际应用方面的问题。
《表面活性剂湍流减阻》可供流体力学、工程热物理、化学工程、空调、制冷等相关专业研究生以及相关研究领域的科研人员参考使用。

内页插图

目录

第1章 概论
1.1 背景
1.2 表面活性剂溶液
1.3 表面活性剂减阻机理及理论
1.3.1 从微观结构角度对表面活性剂湍流减阻机理的解释
1.3.2 从湍流物理角度对湍流减阻机理的解释
1.4 表面活性剂减阻的应用技术
参考文献

第2章 表面活性剂减阻流的减阻与换热性能
2.1 湍流减阻的基本概念
2.2 表面活性剂减阻性能及其影响因素
2.2.1 表面活性剂湍流减阻流动特性
2.2.2 表面活性剂减阻流动特性的影响因素
2.3 表面活性剂减阻的尺度效应及尺度放大方法
2.3.1 尺度效应及其影响
2.3.2 尺度放大方法的研究
2.3.3 各种尺度放大方法的适用性评价
2.4 表面活性剂的换热性能及其强化措施
2.4.1 表面活性剂减阻流动的对流换热特性
2.4.2 表面活性剂减阻流动的强化对流换热方法
参考文献

第3章 表面活性剂减阻流的湍流结构
3.1 减阻流湍流结构的测量方法
3.1.1 LDV
3.1.2 PIV
3,2减阻流速度场及温度场统计特性
3.2.1 平均量分布
3.2.2 脉动强度分布
3.2.3 脉动量相关性分析
3.2.4 脉动量能谱分析
3.3 减阻流内湍流涡结构特性
3.3.1 湍涡的识别方法--旋转强度法
3.3.2 x-y平面内湍涡分布特性
3.3.3 y-z平面内湍涡分布特性
3.3.4 x-z平面内湍涡分布特性
3.4 雷诺剪切应力与壁面法向湍流热流密度
参考文献

第4章 表面活性剂减阻流的数值模拟
4.1 减阻流动的直接数值模拟
4.1.1 减阻流动数学模型
4.1.2 减阻流动数值模拟方法研究
4.2 减阻流动的雷诺平均
4.3 减阻流动直接数值模拟控制方程及数值方法
4.3.1 控制方程
4.3.2 数值计算方法
4.4 减阻流动直接数值模拟结果及讨论
4.4.1 表面活性剂减阻与传热的直接数值模拟
4.4.2 表面活性剂减阻直接数值模拟中流变参数的影响
4.4.3 表面活性剂减阻直接数值模拟的分层模型
4.5 减阻流动数值模拟小结及展望
参考文献

第5章 表面活性剂溶液的微观结构及其流变特性
5.1 表面活性剂溶液的微观结构及其观测方法
5.1.1 表面活性剂溶液的微观结构
5.1.2 表面活性剂溶液内微观结构的观测方法
5.2 表面活性剂溶液的流变特性及其测量方法
5.2.1 流变特性参数
5.2.2 流变参数的测量方法
5.2.3 稀薄表面活性剂减阻溶液流变特性
5.3 表面活性剂溶液流变特性影响因素
5.4 自由面旋转流表征表面活性剂减阻溶液黏弹性的方法
5.5 表面活性剂溶液的分子动力学和布朗动力学数值模拟
5.5.1 模拟方法简述
5.5.2 WK势作用模型的布朗动力学数值模拟
参考文献

第6章 表面活性剂减阻应用技术
6.1 工程应用中需要解决的问题
6.1.1 表面活性剂减阻剂对换热器传热性能的影响及对策
6.1.2 表面活性剂减阻剂对环境的影响
6.1.3 尺度放大的问题
6.2 表面活性剂溶液的分离技术
6.3 表面活性剂减阻系统稳定性的研究
6.4 表面活性剂减阻的应用实例
6.4.1 表面活性剂在集中供暖系统中的应用
6.4.2 表面活性剂在中央空调系统中的应用
6.4.3 实际应用中表面活性剂的选取
参考文献

好的，这里为您提供一个关于《表面活性剂湍流减阻》这本书的详细简介，但内容将完全围绕该主题展开，不包含任何关于该书本身的直接描述，而是深入探讨该领域的技术、原理和应用背景。 --- 表面活性剂在流体力学中的应用：湍流控制与边界层现象的深入解析 本篇导读旨在探讨复杂流体系统中的一个核心挑战：湍流现象及其如何被有效控制。湍流流体运动的本质，即高雷诺数下流体内部的随机、不规则运动，是工程学和自然界中普遍存在却又极难精确预测的现象。它极大地增加了流体输运的能量耗散，尤其是在管道、机翼或船体等界面附近，湍流引起的摩擦阻力占据了总阻力的绝大部分。因此，对湍流进行有效管理，降低其带来的能量损失，一直是流体力学和流体工程领域的核心议题。 湍流的根源与能量耗散机制 理解湍流控制，必须首先深入其微观结构。湍流的产生源于流体速度梯度超过临界值后，流体运动从层流的有序状态向剪切层的剧烈三维脉动演变。在紧贴固体壁面的区域，即所谓的“粘性底层”或“近壁区”，流速梯度极大，动量和能量的交换主要通过涡旋的产生、输运和耗散实现。这些由剪切应力驱动的、尺度在微米到毫米级别的涡旋结构——如准流向涡（QVS）和发卡涡（Hairpin Vortices）——是维持湍流剪切层、并对壁面产生巨大摩擦力的主要机制。这些涡旋的复杂相互作用，导致了远高于层流状态的动量传递率，进而体现为显著的摩擦阻力。 流体添加剂的引入：从宏观效应到微观干预 针对湍流带来的高能耗问题，一个重要的研究方向是通过向基础流体中添加特定的化学物质，来调控其流变特性，从而实现减阻的目的。这些添加剂，尤其是那些具有特定界面活性或聚合物特性的物质，可以在宏观上改变流体的宏观行为，例如粘度、弹性或表面张力，进而影响湍流的结构。 当这些添加剂被引入到流体中时，它们并不总是以简单的混合物形式存在。在流体流动过程中，尤其是在高剪切应力的作用下，它们会与基础溶剂（如水）发生相互作用，形成复杂的聚集结构。例如，某些长链分子或胶束结构能够在流体中产生一定的弹性，这种弹性特征使得流体在受到扰动时，能通过储存并随后释放弹性势能的方式，抑制或削弱湍流脉动的发展。 边界层内的动态调控 减阻的核心目标是将高剪切力集中区域的湍流结构“驯服”或“抑制”。在湍流边界层中，添加剂的作用主要体现在以下几个方面： 1. 抑制近壁湍流脉动： 湍流的产生和维持依赖于速度波动与壁面的相互作用。添加剂的引入可能会改变这些波动发生和增长的临界条件。例如，通过降低流体对局部应力的响应速度，可以使得原本会迅速发展成大规模湍流涡旋的微小扰动被平滑掉。 2. 改变涡旋动力学： 在微观层面上，添加剂可能直接影响发卡涡的寿命和强度。它们可能通过空间填充或改变局部流体动力学耦合，使得涡旋的脱离频率降低，或者其卷曲和展平等动态过程被延迟。 3. 界面能量耗散重分配： 某些添加剂可能在流体与固体壁面之间形成一个动态界面层。在这个界面层，流体的剪切应力不再完全由牛顿粘性主导，而是被界面张力或弹性应力所调控。这使得原本耗散掉大量机械能的区域，转而通过更“柔和”的弹性变形来吸收能量，从而减少了摩擦阻力。 影响减阻效率的关键因素 实现显著的减阻效果并非易事，它高度依赖于添加剂的类型、浓度以及流动条件。 首先，添加剂的分子结构至关重要。是简单的表面活性剂分子，还是形成更复杂、具有蠕虫状或网状结构的聚合物或离子对，直接决定了其引入的弹性或粘弹性效应的强度。分子的柔韧性、分子量分布（对于聚合物而言）以及它们在流体中的自组装行为，都是决定性能的关键参数。 其次，浓度效应表现出非线性的规律。在极低浓度下，添加剂可能仅在局部区域产生微弱影响，无法形成有效的减阻层。随着浓度的增加，减阻率会迅速上升，但达到某个“临界添加浓度”（Critical Additive Concentration, CAC）后，进一步增加浓度带来的减阻增益会显著下降，甚至可能因过度添加导致流体粘度整体上升，反而抵消了减阻效果。 最后，流动环境，特别是壁面剪切速率（即流体接近壁面的速度梯度），是判断减阻潜力的重要指标。在高剪切速率下，流体需要更强的弹性来抵抗湍流的生成；而在低剪切速率下，分子可能来不及组织成有效的减阻构型，减阻效果不明显。此外，流动通道的几何形状、壁面的粗糙度等因素也与添加剂的减阻性能存在复杂的耦合关系。 实际工程中的挑战与前景 尽管在实验室条件下，某些添加剂已显示出数十个百分点的减阻潜力，但在实际工程应用中，挑战依然严峻。主要的障碍包括： 稳定性与耐久性： 很多高效的添加剂在高强度湍流、高温或化学腐蚀环境下容易降解、剪切断裂或从流体中析出，导致减阻性能迅速衰退。 环境影响与回收： 许多减阻物质（特别是某些聚合物或表面活性剂）具有潜在的环境毒性或生物积累性。大规模使用后，如何经济高效地回收或降解这些添加剂，是绿色工程必须解决的问题。 成本效益分析： 添加剂的成本与所能节约的运行能耗之间必须进行精确的权衡。对于长距离、大流量的运输任务而言，即使是微小的减阻率累积起来也是巨大的经济效益，但在某些间歇性或低负荷应用中，成本可能成为制约因素。 未来的研究将聚焦于开发新型的、具有自修复能力或可响应外部刺激（如温度或电场）的智能流体添加剂，以期实现更稳定、更持久的湍流控制，最终将实验室中的显著成果转化为可大规模部署的、具有经济可行性的工程技术。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我拿到《表面活性剂湍流减阻》这本书时，并没有抱有过高的期望，因为“湍流减阻”本身就是一个非常具有挑战性的研究领域，而“表面活性剂”的加入，更是增添了一层复杂性。然而，当我开始翻阅这本书时，我被其深入浅出的讲解方式所折服。作者并没有将湍流描述成一个令人望而生畏的怪物，而是将其分解成更易于理解的组成部分，并巧妙地引入表面活性剂的作用机制。我特别被书中关于表面活性剂如何在流体界面形成微观结构，进而影响宏观流动特性的解释所吸引。这种从微观到宏观的视角，让人能够更清晰地认识到表面活性剂在湍流减阻中的关键作用。我期待能够从中学习到更多关于不同类型表面活性剂的特性，以及它们如何针对不同湍流状态进行优化。这本书无疑为那些在工程领域面临能耗瓶颈的工程师们，提供了一个新的思路和潜在的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

初次接触《表面活性剂湍流减阻》这本书，我内心涌起的首先是一种对科学前沿的好奇。虽然我对湍流现象本身略知一二，但“表面活性剂”这个词汇与“湍流减阻”的结合，让我觉得既新颖又充满挑战。书中不仅仅是对某个单一问题的研究，更像是在探索一个跨学科的解决方案。我初步浏览了目录，发现它涵盖了从基础理论到实验验证，再到实际应用的各个环节。这表明作者并没有只停留在纸上谈兵，而是将理论与实践紧密结合。我尤其对书中关于表面活性剂种类选择、浓度优化以及环境因素影响的讨论感到兴趣。毕竟，在实际应用中，这些因素都会直接影响减阻效果。这本书的价值不仅仅在于其学术上的严谨性，更在于其潜在的应用前景。想象一下，如果能够通过简单添加表面活性剂，就能大幅度降低交通工具的能耗，或者提高工业生产的效率，那将是多么令人振奋的成就。这本书无疑为我们提供了一个探索这种可能性的窗口。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我对《表面活性剂湍流减阻》这本书的初步印象，可以说是充满了对未知的好奇和对挑战的跃跃欲试。作为一名在相关领域摸爬滚打多年的从业者，我深知湍流减阻的研究难度与重要性。然而，当我翻开这本书时，我被其精炼的语言和清晰的逻辑所吸引。它似乎并没有试图用过于复杂的数学模型来吓退读者，而是巧妙地将核心概念剥离出来，以一种更加直观的方式进行阐述。尤其是关于表面活性剂如何“驯服”湍流的机制，书中提出的观点让我眼前一亮。以往的理解可能更多地集中在能量耗散的层面，但本书似乎在探索一种更加精妙的调节方式，比如改变流体的界面性质，或者诱导产生某种特殊的抑制性结构。这让我联想到，在航空航天、船舶设计、管道输送等诸多领域，如果能够有效实现湍流减阻，其带来的经济效益和环境效益将是巨大的。这本书的出现，无疑为这些应用领域的研究人员提供了一个新的思考维度和潜在的技术突破方向，我迫不及待地想深入探究其每一个章节的细节。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让人耳目一新的书籍，虽然我还没有来得及仔细阅读，但仅仅是浏览其目录和引言，就足以让人对“表面活性剂湍流减阻”这个看似专业且略显枯燥的领域产生了浓厚的兴趣。作者以一种引人入胜的方式，将一个看似晦涩的物理现象，用一种清晰易懂的语言呈现出来。书中对湍流的描述，不再是冰冷的公式和图表堆砌，而是巧妙地融入了宏观的视觉想象，让人能够直观地感受到湍流的复杂性和挑战性。更令人惊喜的是，作者并没有仅仅停留在理论层面，而是将目光投向了实际应用。通过对表面活性剂作用机制的深入剖析，本书为解决能源消耗、提高运输效率等现实世界中的重大问题提供了潜在的解决方案。我特别期待能够深入理解书中关于表面活性剂分子在流体界面如何形成特殊结构，从而改变流体性质，最终达到减缓湍流的目的。这不仅是一次科学探索，更是一次对如何利用微观世界的力量解决宏观问题的深刻思考。这本书无疑将为那些对流体力学、化学工程以及可持续发展领域感兴趣的读者带来丰富的知识和启发。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注流体动力学研究的读者，当我在书店看到《表面活性剂湍流减阻》这本书时，我被其标题所吸引。湍流减阻一直是一个备受关注的难题，而利用表面活性剂来解决这个问题，则是一个极具创新性的方向。初步翻阅，我发现这本书的结构非常清晰，从对湍流现象的基本介绍，到表面活性剂的种类及其作用机理的详细阐述，再到实验验证和应用前景的展望，层层递进，引人入胜。我尤其对书中关于表面活性剂如何通过改变流体界面性质，例如降低表面张力或形成特定吸附层，从而抑制湍流脉动和能量耗散的论述感到好奇。这其中的物理和化学过程，无疑是理解湍流减阻关键所在。这本书不仅对学术研究者具有重要的参考价值，对于那些在航空、航海、能源等领域寻求节能减排方案的工程师们来说，也无疑提供了一个极具潜力的技术途径。我非常期待能通过这本书，更深入地了解这一前沿领域的研究进展。