高温高压多相流体动力学理论与应用/工业和信息化部“十二五”规划专著 [Theories and Applications of Multiphase Flow Dynamics in High Temperature and High Pressure] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁亚雄，张小兵 著

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• 多相流体动力学
• 高温高压
• 传热
• 流体力学
• 工业应用
• 能源
• 热工
• 工程技术
• 十二五规划
• 科学研究

出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787568221665

版次：1

商品编码：12179775

包装：平装

丛书名： 工业和信息化部“十二五”规划专著

外文名称：Theories and Applications of Multiphase Flow Dynamics in High Temperature and High Pressure

开

内容简介

　　《高温高压多相流体动力学理论与应用/工业和信息化部“十二五”规划专著》以多次得到国家自然科学基金和重点实验室基金等资助的有关高温、高压、等离子体流体动力学方面的研究成果为基础，在介绍多相流动基础理论的同时，努力结合近几十年来，在国防新技术开发和兵器安全性工程方面的研究成果，如含能材料的点火燃烧与控制、异常压力产生机理及抑制技术、异常压力下含能材料的破坏机理、高温高压连续介质和颗粒轨道模型多相流数值模拟与仿真、膛内压力波数值模拟与预测、高密实床中燃烧转爆轰机理、高温高压条件下的本构关系、高密实床动态压强测试及发射安全性评估技术，把国内外与高温高压多相流体动力学有关的理论研究成果和近年来多相流体动力学领域的测试技术编写进来。

内页插图

目录

第一章 基本概念
1．1 引言
一、多相流定义
二、多相流实例
三、学科发展概况
1．2 多相流特点
1．3 流型与流型图
1．4 主要参数定义
一、物质密度和表观密度
二、气相体积分数或空隙度
三、气相质量分子、气相质量流量分数及装填比
四、体积比与质量比
五、颗粒间距
六、颗粒的拟流体假设
1．5 混合物热力参数
一、密度
二、压强及状态方程
三、比内能、比焓与比熵
四、比热容
1．6 张量表示法
一、向量
二、向量点积和约定求和法
三、坐标系统的旋转
四、克罗尼克尔符号
五、向量叉积与置换张量
六、张量场的微分
1．7 雷诺输运定理
一、流体运动的描述
二、雷诺输运定理
1．8 牛顿内摩擦定律
一、流体微团运动的分析
二、运动流体的应力
三、应力和变形的关系，本构方程
1．9 流体力学基本方程
一、连续方程
二、运动方程
三、能量方程
1．10 二维层流边界层
一、边界层概念
二、平面边界层微分方程
三、边界层动量积分关系式

第二章 湍流基础
2．1 湍流运动的现象与性质
一、湍流与雷诺实验
二、湍流运动特点
2．2 流态过渡（层流稳定性与湍流起源）
一、层流稳定性
二、小扰动方程组
三、奥尔-索默菲尔德方程
四、拇指曲线
五、影响层流稳定性的其他因素
2．3 统计平均法
一、时间平均法
二、空间平均法
三、系综（统计）平均法
四、各态遍历假设
五、时间平均法则
2．4 湍流的连续方程
2．5 湍流的运动方程——雷诺方程
2．6 湍流的能量方稗
……
第三章 颗粒及颗粒群特性
第四章 数值计算模型
第五章 液体雾化和气泡动力学
第六章 通过多孔介质的流动
第七章 高温高压气-固多相流工程应用
第八章 气固等离子体高温高压多相流工程应用
第九章 高温高压气液多相流工程应用
第十章 多相流测试技术
参考文献

前言/序言

　　多相流是在流体力学、传热传质学、燃烧学、化学等学科的基础上发展起来的一门新兴学科，是流体力学的重要分支和学科前沿，在航空航天、国防、能源、化工、环境保护、冶金、轻工、食品加工等领域有着广阔的应用前景。在高温（3000K）、高压（300～700MPa）的兵器发射领域，涉及到固体发射药火炮和固体火箭的气固多相流动、液体发射药火炮的气液多相流动、电热化学炮的气固等离子体及气液等离子体多相流动、冲压发射技术的混合气体流动等，它们的流动特征和各种本构关系不同于常温常压下的多相流动。编写本书的宗旨就是密切结合高温高压状态下的兵器发射技术，把多相流领域的基础理论和最新成果编写进来，努力推进我国兵器科学与技术的研究和发展。
　　近代发射理论的研究与现代兵器中高温高压伴随化学反应的瞬态流场的理论与实验技术密切相关。本书以多次得到国家自然科学基金和重点实验室基金等资助的有关高温、高压、等离子体流体动力学方面的研究成果为基础，在介绍多相流动基础理论的同时，努力结合近几十年来，在国防新技术开发和兵器安全性工程方面的研究成果，如含能材料的点火燃烧与控制、异常压力产生机理及抑制技术、异常压力下含能材料的破坏机理、高温高压连续介质和颗粒轨道模型多相流数值模拟与仿真、膛内压力波数值模拟与预测、高密实床中燃烧转爆轰机理、高温高压条件下的本构关系、高密实床动态压强测试及发射安全性评估技术，把国内外与高温高压多相流体动力学有关的理论研究成果和近年来多相流体动力学领域的测试技术编写进来。
　　为了完成一本适合兵器学科专业的、系统介绍多相流理论的教材（专著），在撰写过程中，考虑了以下几方面的目标与要求：（1）内容完整性。在大纲中包含了基本概念和基础知识部分、各种数值模型及方程组部分、实验与测试部分以及工程应用部分。工程应用的内容除了高温高压伴随化学反应的多相流场的理论与实验外，还包含了气固流动、液体雾化与气泡动力学、通过多孔介质的流动、等离子体动力学等内容，涵盖了多相流动应用的大部分工程领域。（2）内容先进性。书中介绍的各种数学模型是在综合有关文献的基础上编写而成的，其中有无滑移连续介质模型、Soo-Drew小滑移颗粒轨道模型、离散粒子（颗粒轨道模型）、双流体（多流体）模型、湍流模型等。同时把我们的最新研究成果格子Boltzmann方法在气固两相流中的应用，高阶近似黎曼解模型多相流中的应用，以及CFD-DEM耦合模型及在内弹道中的应用等。在介绍各种模型时，交待了模型产生的背景、物理假设、数学推导及计算方法，使读者了解到本学科的最新成果和发展动态。（3）系统性与知识的连贯性。由于多相流动是单相流动的延伸与发展，它必然服从流体力学的所有基本定律。在介绍本课程基本概念时，除了介绍本课程用到的一些预备知识外，特别安排了雷诺输运定理的内容，将流体力学的概念拓展与加深，采用张量工具，推导三大守恒方程，在此基础上，还介绍了相关的边界层知识及湍流基础知识。（4）强调国防领域应用的特色。考虑到高温高压多相流体力学的应用背景是国防领域，因此在撰写过程中注重高温高压流体力学在火炮、火箭、装药等领域的工程应用。介绍的许多工程实例紧密结合火炮、火箭以及许多兵器领域新型发射原理等方面的最近发展动态，反映当前的最新研究成果。
　　本书内容分十章。第一章为多相流动的基本概念；第二章为湍流基础；第三章为颗粒及颗粒群特性；第四章为数值计算模型；第五章为液体雾化和气泡动力学；第六章为通过多孔介质的流动；第七章为高温高压气固多相流工程应用；第八章为气固等离子体高温高压多相流工程应用；第九章为高温高压气液多相流工程应用；第十章为多相流测试技术。第一、二、三、四、五、六、十章由袁亚雄撰写，第七、八、九章由张小兵撰写。
　　由于我们学术水平有限，书中难免还有许多不当之处，敬请广大读者批评指正，我们将在以后的版本中予以修正。

现代流体力学前沿进展：从湍流建模到复杂介质输运 书籍简介 本书旨在全面梳理和深入探讨现代流体力学领域中几个关键且具有挑战性的前沿方向，重点聚焦于非牛顿流体行为、复杂边界条件下的流动控制，以及面向能源、环境领域的新型流动现象。本书并非对某一特定工程应用（如高温高压下的多相流）进行专项剖析，而是立足于流体力学基础理论的拓展与创新，为研究人员、高年级本科生及研究生提供一个理解和掌握当前研究热点与未来发展趋势的综合性参考。 全书内容组织严谨，逻辑清晰，分为四个主要部分，共十二章。每一章都力求在理论深度与工程相关性之间找到平衡，强调数学模型、数值模拟方法（CFD）与实验验证的有机结合。 --- 第一部分：非均匀与非线性流体动力学基础 (Foundations of Non-Uniform and Non-Linear Fluid Dynamics) 本部分着重于偏离理想流体假设的情况，探讨流体本构关系复杂化后所带来的动力学挑战。 第一章：广义牛顿流体的本构关系与粘弹性效应 本章深入探讨了剪切速率依赖性流体（如聚合物溶液、泥浆、食品材料）的本构模型，包括幂律模型、宾汉塑性模型和卡罗尔-斯科特-克洛斯模型。重点分析了粘弹性流体在快速变形（如挤压、喷射）过程中出现的应力松弛、粘滞扩张和收缩现象。引入了Oldroyd-B和Giesekus等粘弹性本构方程，并讨论了这些方程在线性和非线性状态下的数值求解难度与稳定性问题。讨论了如何利用本构关系的变化来预测流动不稳定性（如条纹、死区形成）。 第二章：多孔介质中流体的渗流与通道效应 虽然本书不聚焦于高温高压下的相间作用，但本章详细研究了流体在具有复杂几何结构的固体骨架中流动的基本规律。内容涵盖了达西定律的适用范围、修正模型（如Forchheimer项的引入），以及孔隙尺度结构对手宏观渗透率的影响。特别关注了在微重力或强梯度条件下，多孔介质中液体的毛细驱动力与粘性力的竞争机制，并引入了格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）在模拟复杂孔隙结构渗流方面的优势。 第三章：湍流结构的精细化建模与降阶方法 湍流是流体力学中最具挑战性的问题之一。本章不侧重于传统RANS模型的应用，而是深入探讨了高精度湍流模拟的最新进展。内容包括：大涡模拟（LES）中亚网格尺度的建模技术（如动态Smagorinsky模型），以及直接数值模拟（DNS）在验证新型湍流模型中的作用。此外，本章还引入了基于信息论和降阶方法的湍流模型构建思路，例如本征正交分解（POD）在识别和重构主流湍流模态方面的应用，以期在保证精度的同时大幅降低计算成本。 --- 第二部分：复杂边界条件下的流动控制与稳定性分析 (Flow Control and Stability under Complex Boundary Conditions) 本部分关注如何通过外部干预或几何设计来主动或被动地调控流场结构，以达到减阻、增效或稳定结构的目的。 第四章：主动流控技术在减阻中的应用 本章系统介绍了几种前沿的主动流体控制策略。重点分析了基于等离子体激励器（Dielectric Barrier Discharge, DBD）的边界层控制，探讨了等离子体产生的一维或二维脉冲流对湍流斑点（Turbulent Spots）的抑制效果。此外，还讨论了磁流体力学（MHD）方法在导电流体中的应用潜力，以及微机电系统（MEMS）驱动的振荡器阵列在诱导流动分离和再附着方面的作用。 第五章：流动不稳定性理论与临界分析 本章从线性稳定性理论（LST）和非线性稳定性理论的角度，分析了特定几何构型（如弯曲管道、翼型尾迹）中的流动失稳机制。引入了特征值问题求解中的伴随方法（Adjoint Methods），用以识别流场中对扰动最敏感的区域（The Receptivity Problem）。探讨了在高雷诺数下，非线性相互作用如何导致从层流到湍流的转捩过程。 第六章：几何微结构对流动特性的影响 本章探讨了微米/纳米尺度表面结构（如肋条、凹坑、仿生表面）对宏观流动行为的调控。分析了表面粗糙度和微结构引起的粘性耗散变化，以及在层流和湍流边界层中，这些结构如何通过“陷阱”或“导流槽”效应影响动量和热量传递。 --- 第三部分：界面动力学与分散体系 (Interface Dynamics and Dispersed Systems) 本部分讨论了流体界面如何演化，以及在非连续相介质中，分散颗粒或液滴的行为规律。 第七章：自由表面流动的界面捕捉技术 聚焦于描述自由表面（如波浪、液滴破碎、射流）的数值方法。详细介绍了水平集方法（Level Set Method）和相场方法（Phase-Field Method）在保持界面光滑性和拓扑不变性方面的优势与局限性。讨论了如何有效耦合界面动力学（如表面张力梯度、Marangoni效应）与流场求解。 第八章：颗粒/液滴的离散相输运与碰撞动力学 研究了在连续相中输运的离散相颗粒或液滴的运动规律。重点分析了颗粒的惯性效应、升力（如马格努斯力、Saffman力）对轨迹的影响。对于颗粒碰撞与聚结，引入了基于统计学的碰撞核模型，并讨论了如何利用欧拉-拉格朗日方法来模拟稀疏到中等密度分散体系的输运过程。 --- 第四部分：计算流体力学方法的前沿应用 (Advanced Applications in Computational Fluid Dynamics) 本部分关注解决前述复杂流体力学问题的先进数值算法。 第九章：基于高阶有限体积法的数值格式设计 本章深入探讨了为保证复杂流动模拟精度所需的数值格式。介绍了如WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory) 和守恒型高斯-洛克方法在求解强激波和边界层中的应用。讨论了如何设计高阶的非结构化网格上的积分和通量计算方案。 第十章：不可压缩流体的压力-速度耦合算法优化 针对不可压缩纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations），本章对比和改进了主流的压力-速度耦合算法，如SIMPLE族、PISO以及基于分数步法的投影方法。重点讨论了在处理大规模非线性问题时，如何利用预条件子技术（Preconditioning）加速牛顿迭代的收敛性。 第十一章：高精度网格生成与自适应网格加密（AMR） 高质量的计算网格是高精度模拟的基础。本章介绍了先进的结构化和非结构化网格生成技术，特别是处理复杂三维几何体和流体边界层的网格划分策略。详述了基于流场特征（如梯度、涡量）的自动网格细化与粗化（AMR）算法的实现原理及其对计算效率的提升作用。 第十二章：高性能计算与并行化策略 本章探讨了将CFD求解器移植到大规模并行计算架构（如GPU和大规模CPU集群）所需的优化技术。内容包括领域分解（Domain Decomposition）、并行通信（MPI/OpenMP）的负载均衡、以及如何利用现代计算架构的内存层次结构来优化数据访问模式，从而实现对超大规模问题的有效求解。 --- 本书汇集了多位在流体力学不同分支具有深厚研究背景的学者成果，理论推导详实，案例分析贴近当前科研挑战，是希望深入理解和掌握现代流体力学前沿研究工具与思想的读者的理想参考书。

评分☆☆☆☆☆

尽管我尚未深入阅读本书的每一个技术细节，但我从其章节目录和前言中，已经能够感受到作者团队在该领域深厚的积累和前沿的视野。尤其是一些涉及高温高压极端工况的流体行为描述，似乎触及了许多传统流体力学理论难以完全解释的复杂现象。我对其中关于多相流混合、相变过程以及流动稳定性分析的章节尤为好奇。这些往往是许多工业流程，如能源开采、化工反应、核能安全等领域的核心难题。如果本书能够提供切实可行的理论模型和计算方法，甚至是通过实验数据验证的工程案例，那无疑将极大地推动相关领域的研究和技术进步。我对书中可能包含的数值模拟技术和可视化工具也抱有浓厚的兴趣，希望能从中学习到如何更有效地分析和预测复杂流动的行为。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计给我留下了深刻的第一印象。封面采用了一种深邃的蓝色，搭配烫金的书名和作者信息，显得既专业又大气。纸张的触感也相当不错，厚实且具有一定的韧性，翻阅起来不会轻易损坏。打开书页，字体大小适中，排版清晰，行间距也恰到好处，长时间阅读也不会感到疲劳。我特别注意到书的章节划分非常合理，每一章的标题都精准地概括了其核心内容，让人一目了然。目录也非常详尽，方便读者快速定位自己感兴趣的部分。整本书的制作工艺透露出一种严谨和高品质，这无疑为我深入阅读打下了良好的基础，也让我对书中内容的深度和专业性充满了期待。我非常喜欢这种注重细节的出版风格，它不仅仅是一本书，更像是一件精心打磨的艺术品，值得细细品味。

评分☆☆☆☆☆

在翻阅这本书的初期，我被其严谨的逻辑结构和清晰的论述风格所吸引。作者似乎非常注重理论的溯源和概念的梳理，从基础的流体力学原理出发，逐步深入到高温高压多相流的复杂性之中。我尤其欣赏作者在引入复杂模型和方程时，会提供充分的背景解释和物理意义的阐述，这对于我这样非该领域顶尖的读者来说，极大地降低了理解的门槛。我注意到书中可能涉及了大量的数学推导和物理模型构建，这本身就体现了作者深厚的理论功底。同时，我也看到了本书在结合实际工程应用方面所做的努力，相信书中提出的理论模型和分析方法，能够为解决诸如油气开采、地热能开发等实际工程问题提供重要的理论指导和技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对流体力学领域充满好奇的普通读者，我购买这本书更多的是出于对未知的好奇和对科学探索的热情。我并不能完全理解书中所包含的每一个公式和每一个复杂的概念，但我被“高温高压多相流”这个本身就充满挑战性的主题所吸引。我设想，这本书可能描绘了地球深处、极端环境下的流体运动，或者是那些在化工、能源等关键工业领域发挥着至关重要作用的复杂流动过程。我期待从中学习到一些关于流体如何在高压高温下表现出奇特行为的知识，以及这些知识如何被应用于解决现实世界的问题。即使我无法完全掌握其技术细节，我依然希望通过阅读，能感受到科学家们在探索这些极端流动奥秘时的智慧和努力。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，更像是一部厚重的学术工具书，而非轻松的入门读物。从书名和它所隶属的“十二五”规划专著的定位来看，它面向的读者群体应该是具有一定流体力学基础，并且对高温高压多相流这一细分领域有深入研究或应用需求的专业人士。我个人在相关领域的研究尚处于初级阶段，因此在阅读时，可能会遇到一些需要查阅背景知识的挑战。但我相信，正是这种深度和专业性，使得它成为研究者和工程师不可多得的参考资料。我尤其看重它可能带来的前沿理论和创新性方法，希望它能帮助我拓宽研究思路，解决在实际工作中遇到的技术瓶颈。对于想要深入钻研这一复杂领域的人来说，这本书无疑提供了一个扎实的研究平台。