多相流新理論及其應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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翟慶良 著

圖書標籤:

• 多相流
• 流體力學
• 傳熱
• 傳質
• 工程應用
• 理論研究
• 數值模擬
• 化工
• 能源
• 工業過程

齣版社： 東北大學齣版社

ISBN：9787551708203

版次：1

商品編碼：12087473

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2014-10-01

用紙：膠版紙

頁數：288

字數：408000

正文語種：中文

內容簡介

　　《多相流新理論及其應用》依人年度湍（紊）流理論，闡明多相流形成機理，建立起多相流體動力學基本方程組；分彆導齣直角坐標係、柱坐標係、球坐標係下多相流連續性、動量、動量矩、能量偏微分方程。在解非綫性偏微分方程上，創立齣獨特方法：從建立偏微分方程開始，方程無因化，根據邊界條件，擬定含特定指數的無因次速度分布，到提齣“對數擴展法”解復雜冗長代數方程組，最終使得非綫性偏微分方程順利得解。
　　《多相流新理論及其應用》對一維不可壓縮多相流管道推齣連續相速度分布，導齣分散相粒徑，濃度妒神計算公式，找到多相流管道壓差公式；對一維可壓縮多相流運動，分等溫與絕熱，分彆進行研討，同樣得到與不可壓縮情況下的相應公式；對變斷麵管道多相流運動進行研究，也得齣相應的公式，依此又得到在多相流條件下拉瓦爾管的設計與計算方法。
　　《多相流新理論及其應用》對冶金嚮爐內噴油、煤粉，選礦分離器等工業上的應用提供理論分析計算的基礎。對高校流體力學、數學、化工、冶金、水利、環保等專業研究生以及青年教師是很好的參考書。
　　這是當今建立在湍流（紊流）理論上，反映多相流形成機理，從而建立多相流偏微分方程，再到舉例應用，全麵論述其規律的著述。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 本書研究多相流範圍
1．2 物理力學定律是研究多相流初發點
1．3 以因果研究湍流與多相流關係
1．4 多相流中連續相起主導作用根源
1．5 分散相被懸浮粒徑與渦鏇直徑關係
1．6 無因次化運動控製物理方程
1．7 解微分方程思路轉變
1．8 開創“對數運算擴展法”解待定係數或指數
1．9 多相流管道能量平衡方程
1．10 理想氣體狀態方程與一維質量守恒在研究多相流運動中的作用
1．11 具體問題作具體分析原則應用

第2章 多相流體動力學基本方程組
2．1 多相流係統積分方程組
2．2 多相流輸運公式
2．3 不可壓縮多相流微分方程組
2．4 可壓縮多相流微分方程組

第3章 直角坐標係多相流運動微分方程組
3．1 不可壓縮層流多相流微分方程組
3．2 可壓縮層流多相流微分方程組
3．3 湍流多相流附加剪應力公式
3．4 不可壓縮湍流多相流微分方程組
3．5 可壓縮湍流多相流微分方程組

第4章 定常不可壓縮多相流一維運動
4．1 多相流圓管道層流運動
4．2 矩形管道多相流層流運動
4．3 矩形明渠層流多相流運動
4．4 三角形管道多相流運動
4．5 建立多相流真實濃度計算公式

第5章 定常可壓縮多相流管道運動
5．1 等溫多相流圓形管道運動
5．2 等溫矩形管道多相流運動
5．3 絕熱圓形管道可壓縮多相流運動
5．4 絕熱矩形管道多相流運動

第6章 定常可壓縮圓形管道斷麵變化多相流運動
6．1 可壓縮等溫圓形管道斷麵變化多相流運動
6．2 可壓縮絕熱圓形管道斷麵變化多相流運動

第7章 柱坐標係多相流運動微分方程組
7．1 不可壓縮多相流層流運動
7．2 可壓縮多相流層流運動
7．3 不可壓縮多相流湍流運動方程組
7．4 可壓縮多相流湍流運動

第8章 球坐標係多相流運動微分方程組
8．1 不可壓縮多相流層流運動微分方程組
8．2 可壓縮多相流層流運動微分方程組
8．3 不可壓縮多相流湍流運動微分方程組
8．4 可壓縮多相流湍流運動微分方程組

參考文獻

前言/序言

　　“文化大革命”後，學校轉入正軌。教師在完成教學任務之餘，可以搞學術研究。我選擇多相流作為研究方嚮。
　　1982年，第二屆全國多相流力學、非牛頓流力學、物理化學流體力學學術會議在北京大學召開。我的文章被選上，使我有機會瞭解到國內與國際上關於多相流學科研究的前沿水平。
　　第一，以顆粒沉降速度來決定多相流輸送管道所需的連續相斷麵平均速度1，。
　　我認為這個辦法，對多相流的垂直管道有效。如果多相流是水平管道，這個辦法是不成立的。因為連續相在水平管道上隻起推動顆粒嚮前運動，解決不瞭顆粒在重力作用下使其下沉的問題，於是我寫齣瞭《顆粒在流體輸送其水平管道上懸浮理論》一文。該文為1982年全國物料搬運學會氣力輸送理論學術會議交流論文，並為大會選齣的三篇優秀論文之一。
　　第二，研究多相流基本理論模式現狀，是分散相，即顆粒群，均勻連續地分布在流場上，建立微分方程；然後，將純流體，即連續相分布在流場上，也建立微分方程。這樣，在一個多相流的流場，建立兩個獨立的微分方程，以此，求解多相流運動的解。
　　我當時就認為，以疊加微分方程的模式來解決多相流問題是不符閤理論邏輯的。所以，當時我寫多相流文章時，是將多相流作為一個整體，取分離體也是包括顆粒與流體；不過是設一個顆粒所占的體積分數φ，將其受力分開，得的方程式公式，均是一個方程。這種模式的最後形成，體現在我寫的《多相流體動力學基本方程組》一文中，收錄在由《水動力學研究與進展》編委會、中國力學學會、黃河水利委員會水利科學研究院聯閤組編的1991年全國水動力學研討會文集中。
　　第三，多相流運動形成的機理是什麼？沒有看到有人研究。
　　多相流運動形成的機理，隻能用流體力學理論分析。用實驗隻能說明多相流運動現象，無法說明這種現象是如何形成的。
　　經過多年的思索，知道多相流運動是連續相為主導，即流體運動；而分散相，即顆粒的懸浮與嚮前運動，都是連續相提供的。

宏觀尺度下復雜流體動力學行為的跨學科探索 《湍流邊界層與非牛頓流體相互作用機製研究》 本書聚焦於工程與自然界中普遍存在的、由湍流邊界層與復雜流體（特指非牛頓流體）相互作用所引發的獨特動力學現象。在現代流體力學研究的前沿地帶，傳統基於牛頓流體假設的模型已難以準確描述高雷諾數下高分子溶液、泥漿、血液等復雜流體的輸運過程。本書旨在建立一個跨越宏觀尺度分析與微觀結構耦閤的理論框架，以期深化對這類係統復雜性的理解。 全書內容分為四個主要部分，係統性地涵蓋瞭從基本理論構建到先進數值模擬及實驗驗證的全過程。 第一部分：非牛頓流體本構關係的重構與適用性分析 本部分首先對當前主流的非牛頓流體本構模型（如冪律模型、賓漢塑性模型、卡洛夫-霍爾特曼模型以及粘彈性流體的粘彈性本構關係）進行瞭深入的批判性迴顧。我們強調，傳統的本構方程往往是基於特定剪切曆史的局部描述，在麵對強烈的流變不穩定性或時間依賴性效應時，其預測能力顯著下降。 1.1 廣義黏滯性與黏彈性耦閤機製： 詳細討論瞭黏滯性和黏彈性行為在剪切速率和應變率曆史中的相互競爭與耦閤規律。特彆引入瞭基於信息熵和非平衡態熱力學的視角，嘗試構建更具普適性的本構關係，用以描述流體在非均勻應力場下的動態響應。 1.2 結構演化與流變參數的動態關聯： 針對高分子溶液和懸浮液，闡述瞭分子鏈的拉伸、取嚮和纏結狀態如何實時影響宏觀黏度。通過引入基於介觀尺度的動力學方程，如高爾德斯坦-裏德模型（Goldstein-Reid model）的修正形式，建立瞭流體微觀結構變化與宏觀流動狀態之間的定量聯係。這部分內容側重於解釋“剪切變稀”、“剪切變稠”以及“屈服應力”等現象背後的物理機製。 1.3 粘彈性對壁麵邊界層的影響： 探討瞭流體材料的鬆弛時間（Relaxation Time, $lambda$）與特徵流動時間（Characteristic Flow Time）之比 ($lambda/t_c$) 對速度廓綫和湍流脈動結構的影響。重點分析瞭在彈性流體中，“法嚮應力差”（Normal Stress Differences）如何顯著改變近壁區（Near-wall Region）的慣性子層和緩衝層結構，導緻牛頓流體中經典的 $u^+ - y^+$ 關係失效。 --- 第二部分：湍流邊界層與復雜流體相互作用的穩定性分析 本部分將理論焦點轉嚮兩種物理現象的交界麵——湍流邊界層。當流體介質本身具有非牛頓特性時，其對擾動波動的響應機製將發生根本性改變。 2.1 綫性穩定性理論的拓展： 傳統的奧爾-菲斯托菲爾（Orr-Sommerfeld）方程在描述牛頓湍流時已非常精妙，但對於粘彈性流體，必須引入額外的黏彈性項，形成所謂的“奧爾-菲斯托菲爾-雷納斯”（Orr-Sommerfeld-Reiner）方程組。本書詳細推導瞭該方程組，並探討瞭其特徵值譜的變化規律。重點分析瞭彈性效應對“絕對不穩定性”和“對流不穩定性”的抑製或增強作用，特彆是對擬序結構（Coherent Structures）的調製效應。 2.2 非綫性相互作用與過渡機製： 離開瞭綫性假設，係統進入到非綫性動力學範疇。我們引入瞭降維模型（Reduced-Order Models, ROMs）和高維相位空間分析，研究粘彈性流體對湍流脈動能量級聯（Energy Cascade）的影響。核心在於理解彈性力如何通過非綫性反饋機製抑製能量嚮小尺度渦鏇的有效傳遞，從而可能延遲或抑製湍流的發生，或改變湍流的特徵頻率。 2.3 邊界層分離與再附著： 在氣動外形或管道彎麯等逆壓梯度條件下，邊界層的分離行為至關重要。對於非牛頓流體，由於其固有的屈服或過度鬆弛特性，導緻分離點的預測與牛頓流體存在顯著差異。本章利用應力邊界條件（Stress Boundary Condition）代替傳統的無滑移條件，對分離泡的形成、尺寸和再附著過程進行量化分析。 --- 第三部分：先進數值模擬方法與計算流體力學（CFD）實現 理論和分析方法的有效性最終需要通過高保真度的數值模擬來驗證。本書重點介紹瞭專門用於處理復雜流體和強對流問題的CFD技術。 3.1 求解復雜本構方程的數值策略： 傳統CFD（如有限體積法）在處理高度非綫性的粘彈性應力項時常遭遇收斂性問題。本書探討瞭如何結閤隱式時間積分方案與迭代求解器（如GMRES或BiCGSTAB）來穩定求解帶有應變率依賴性的本構方程。引入瞭基於流綫迎風（Streamline Upwind）的數值耗散控製方法，以避免在網格畸變區域産生非物理的應力震蕩。 3.2 動網格技術與自由錶麵流： 針對涉及流動界麵（如液滴、噴射或氣泡夾帶）的復雜問題，如非牛頓流體噴霧或氣液兩相流，本書詳細介紹瞭體積力法（如 VOF 方法）與界麵追蹤算法（如 Level Set 方法）的結閤應用。特彆關注瞭如何在高黏度介質中準確捕捉和演化流體界麵，這對預測噴射破碎和霧化質量至關重要。 3.3 直接數值模擬（DNS）與大渦模擬（LES）的適應性： 在湍流研究中，DNS和LES是獲取詳細結構信息的關鍵。本部分討論瞭如何將非牛頓模型的計算成本納入到高分辨率的DNS/LES框架中。針對粘彈性流體，提齣瞭亞格子尺度（Subgrid Scale, SGS）模型的修正方案，用以模擬大尺度渦鏇對方程中未解析的鬆弛過程的平均影響。 --- 第四部分：實驗驗證與工程應用實例 理論和模擬的最終落腳點在於對實際工程問題的指導。本部分提供瞭多個高相關度的應用案例，並強調瞭實驗測量技術的重要性。 4.1 復雜管流中的摩擦阻力降低（Drag Reduction）： 詳細分析瞭高分子添加劑在管道輸送中的“減阻效應”。這不僅僅是黏度降低的問題，而是彈性力場重新組織瞭近壁湍流脈動結構的結果。通過對比不同分子量和濃度下的減阻率，建立瞭實驗數據與理論預測的關聯性，為優化化工過程的能耗提供瞭依據。 4.2 血液動力學在非牛頓介質中的建模： 血液作為典型的剪切稀化流體，在微循環係統中錶現齣獨特的流動特性。本書討論瞭如何將Casson模型或Carreau-Yasuda模型應用於動脈粥樣硬化斑塊形成區域的壁麵剪切應力計算，從而評估血栓形成的風險。這部分強調瞭材料參數的生物物理學意義。 4.3 熔融塑料和復閤材料的擠齣成型： 在高分子加工領域，流動不穩定性和口模振蕩（Die Swell）是核心難題。本書利用第二部分發展的穩定性理論，解釋瞭為何特定剪切曆史會導緻熔體擠齣時齣現“鯊魚皮”缺陷，並提齣瞭通過引入冷卻梯度或改變螺杆幾何形狀來控製這種不穩定的工程對策。 4.4 先進測量技術： 強調瞭粒子圖像測速（PIV）結閤拉伸應變率敏感熒光染料（Strain-Rate Sensitive Dyes）的技術在測量非牛頓湍流中的挑戰與突破，以及利用同步輻射技術觀察高分子鏈在強剪切場下的在位錶徵方法。 結語： 本書旨在為研究人員提供一個堅實的理論基礎和一套實用的數值工具，以應對宏觀湍流與復雜流體力學交叉領域帶來的挑戰。它不僅是對現有知識的係統梳理，更是對未來多尺度、多物理場耦閤模擬方法發展方嚮的深度展望。

評分☆☆☆☆☆

我之前在學習流體力學相關課程時，對多相流的部分感到有些吃力，尤其是涉及到復雜的數學推導和物理模型時，總覺得理論與實際之間存在著一定的脫節。我一直渴望有一本能夠幫助我將抽象理論具象化的教材，能夠清晰地展示理論是如何在實際工程中發揮作用的。因此，《多相流新理論及其應用》這個書名讓我眼前一亮。我非常期待書中能夠提供一些直觀的解釋，比如通過大量的圖錶、動畫模擬或者清晰的物理模型來闡述那些“新理論”。我希望它能解答我關於某些經典理論的局限性，以及新理論是如何剋服這些局限性的。在應用部分，我希望書中能夠詳細介紹這些新理論在不同工程場景下的具體應用，比如在新能源領域、環境治理或者航空航天等前沿技術中的作用。如果書中能夠提供一些可操作性的指導，幫助我理解如何運用這些新理論來解決實際問題，那將對我非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在某化工企業從事研發工作多年的工程師，我深知多相流在生産過程中的復雜性和重要性。我們每天都會遇到氣液兩相、液固兩相甚至更復雜的體係，如何精確預測其流動行為，如何優化設備設計以提高效率、降低能耗，是擺在我們麵前的難題。市場上關於多相流的書籍不少，但很多都側重於經典理論的闡述，更新的速度似乎跟不上實際需求的步伐。因此，我非常期待這本《多相流新理論及其應用》能夠帶來一些真正“新”的視角和方法。我特彆想瞭解書中是否有關於提高數值模擬精度、縮短計算時間的新算法，或者對界麵捕捉、相界麵相交區域處理的新模型。此外，在應用方麵，我希望書中能夠深入探討如何將這些新理論應用於實際工程問題，比如在反應器設計、分離過程優化、或者輸送係統中的堵塞預測等。如果書中能夠提供一些案例分析，並展示如何利用這些新理論解決實際生産中的痛點，那麼這本書的價值將是無法估量的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名非常吸引人，“多相流新理論及其應用”，光是這個名字就勾起瞭我對流體力學領域最新進展的強烈好奇心。我一直對多相流的研究非常感興趣，尤其是在一些關鍵工業領域，比如石油天然氣開采、化工過程、核能安全以及生物醫藥等，多相流的行為和控製是至關重要的技術挑戰。這本書的齣現，似乎預示著我們在理解和操控這些復雜流動方麵可能迎來瞭突破性的進展。我期待書中能夠深入探討一些前沿的多相流理論，比如新型的湍流模型，或者在界麵追蹤、相間耦閤方麵有沒有什麼創新的數學方法。同時，我也非常關心這些新理論如何被轉化為實際的應用，書中是否會列舉一些具體的工程案例，或者提齣一些新的設計思路和優化方案。如果書中能夠將抽象的理論與具體的工業問題巧妙地結閤起來，給齣切實可行的解決方案，那將是極大的價值所在。我非常希望這本書能夠填補我在這方麵知識上的空白，並為我的研究或工作帶來新的啓發和動力。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我第一眼就被其嚴謹的封麵設計所吸引，封麵的配色和排版都透露齣一種學術的厚重感。我本身是機械工程專業的學生，在學習過程中，多相流一直是讓我覺得比較棘手的知識點。雖然在一些基礎課程中接觸過一些相關的理論，但總覺得不夠深入，尤其是在麵對一些復雜的工程問題時，往往顯得力不從心。所以，當看到這本《多相流新理論及其應用》時，我抱著極大的期望，希望能從中找到解決我睏惑的鑰匙。我特彆想知道，書中對“新理論”的定義是什麼？是顛覆性的概念，還是對現有理論的補充和發展？書中會不會提供一些直觀的圖示或模型，幫助我理解那些抽象的數學公式和物理原理？我更關心的是，“應用”部分會涉及哪些領域？是傳統的化工、能源行業，還是會有一些新興的領域，比如微流控、或者環境工程中的水處理？我希望這本書能夠從理論到實踐，為我構建一個完整的知識體係，讓我能夠更好地理解和分析多相流現象，並為將來的學習和工作打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對科學前沿充滿好奇心的科普愛好者，雖然我並非專業齣身，但對“多相流”這個概念本身就充滿著神秘感。想象一下，不同物質形態的混閤流動，既有序又混亂，其中蘊藏著怎樣的物理規律？而“新理論”更是激發瞭我探索未知的好奇心。我希望這本書能夠用相對通俗易懂的語言，嚮我解釋多相流的基本概念，比如什麼是相，什麼是界麵，它們之間是如何相互作用的。然後，再循序漸進地介紹那些“新理論”，最好能有一些生動的比喻或者有趣的實驗現象來佐證。我特彆想知道，這些新理論是如何被發現的，背後可能有哪些有趣的科學故事。至於“應用”，我希望它能拓展我的視野，讓我知道多相流原來可以影響到這麼多領域，比如我們日常生活中遇到的雨水、雲霧，甚至是更宏觀的天體現象，它們是否也與多相流有關？我希望能在這本書中，領略到科學探索的魅力，感受到理論創新如何推動人類認識世界。