气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周云龙，杨宁，郑建祥，李洪伟 著

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• 气固两相流
• 颗粒物
• 团聚机理
• 多参数检测
• 流体力学
• 数值模拟
• 工业应用
• 粉尘控制
• 颗粒输运
• 过程工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030512734

版次：1

商品编码：12066749

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：257

字数：323000

正文语种：中文

内容简介

　　《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》是作者周云龙、杨宁、郑建祥、李洪伟多年来从事气固两相流参数检测理论和试验研究工作所取得的研究成果的总结。全书共7章，主要内容包括基于压力信号和图像信号的气固两相流流型识别、基于数字图像处理技术的气泡和颗粒行为特征参数检测、基于PTV法及光流法的气固两相流流场检测、基于黏附性颗粒流动模型的团聚流态化数值模拟、颗粒团聚行为及其参数检测。
　　《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》可供工程热物理、热能工程、控制理论和控制工程、模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置、测试计量技术与仪器、供热、供燃气、通风及空调工程等相关专业的科技人员、工程设计人员阅读，也可作为高等院校相关专业的研究生教材、本科生选修教材或参考书。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 两相流的定义和分类
1．1．1 两相流的定义
1．1．2 两相流的分类
l．2 两相流的特点
1．3 两相流参数检测方法及分类
1．3．1 参数检测的主要方法
1．3．2 两相流参数的分类
1．4 气固两相流参数检测的研究
1．4．1 参数检测的工程背景及意义
1．4．2 参数检测的研究进展及现状
1．4．3 参数检测存在的问题
1．5 气固两相流典型设备及联系
1．5．1 气固两相流典型设备
1．5．2 流化床与喷动床的区别与联系
参考文献

第2章 基于压力信号的气固两相流流型识别
2．1 气固两相流的典型流型
2．1．1 气固两相流流型划分
2．1．2 气固两相典型的流型特征
2．1．3 流型识别中拟解决关键问题
2．2 实验系统及实验步骤
2．2．1 实验装置简介
2．2．2 实验步骤
2．3 实验参数的测量
2．3．1 信号的采集与压力传感器的选择
2．3．2 实验所观察到的流型
2．4 压力脉动信号的去噪处理
2．4．1 几种一代小波去噪基本原理
2．4．2 二代小波原理
2．4．3 一代小波与二代小波除噪比较
2．5 压力脉动信号的时频分析
2．5．1 时频分析
2．5．2 数据结果分析
2．6 压力脉动信号的非线性分析
2．6．1 非线性分析
2．6．2 数据结果聚类分析
2．6．3 数据结果递归分析
2．7 压力脉动信号的混沌特性和多重分形分析
2．7．1 混沌特性分析
2．7．2 多重分形分析
2．8 流型识别模式的分析与选取
2．8．1 人工鱼群基本理论
2．8．2 BP神经网络
2．8．3 Elman神经网络
2．8．4 人工鱼群算法优化BP网络的过程
2．8．5 统计特征参数
2．8．6 实验结果与分析
本章小结
参考文献

第3章 基于图像信号的气固两相流型识别
3．1 实验系统及实验步骤
3．1．1 实验装置简介
3．1．2 实验步骤
3．2 数字图像采集系统
3．2．1 高速摄影机系统
3．2．2 图像拍摄方式的选择
3．2．3 照明系统的选择
3．2．4 流化床气固两相流动图像的获取
3．2．5 流型图像的预处理
3．3 流化床气固两相流流型图像特征提取
3．3．1 流型图像的灰度直方图统计特征
3．3．2 流型图像的傅里叶变换纹理特征
3．3．3 流型图像的小波．分形特征
3．3．4 流型图像的多重分形特征
3．4 流型识别分类器的分析与选取
3．4．1 BP神经网络模型
3．4．2 概率神经网络模型
3．4．3 遗传神经网络模型
3．4．4 神经网络模型在流型识别的应用
3．4．5 流型识别方法比较
本章小结
参考文献

第4章 气泡、颗粒行为特征研究
4．1 实验系统与实验步骤
4．2 气固两相流图像处理过程
4．2．1 图像去噪
4．2．2 纠正不均匀光照
4．2．3 图像二值化
4．2．4 粘连颗粒分割
4．3 浓相气固两相流气泡行为研究
4．3．1 气泡参数
4．3．2 气泡上升过程中的行为分析
4．3．3 气泡聚合过程中的行为分析
4．3．4 气泡分裂过程中的行为分析
4．4 稀相气固两相流动图像特征分析
4．4．1 固体颗粒标号
4．4．2 参数计算
4．4．3 气固混合比
4．4．4 体积空隙率
4．4．5 质量含固率
4．4．6 实验结果分析
4．5 误差来源分析
本章小结
参考文献

第5章 气固两相流流场检测与分析
5．1 基于特征相似度的PTV匹配算法
5．1．1 颗粒图像特征的提取
5．1．2 颗粒速度的测量
5．2 基于粒子群优化Hopfleld网络的PTV匹配算法
5．2．1 能量函数的设计
5．2．2 基于PSO优化的Hopfield网络对颗粒进行匹配
5．3 光流分析的计算方法
5．3．1 光流算法概述
5．3．2 光流算法的基本原理
5．3．3 几种经典的光流算法
5．4 基于光流法的气固循环流化床流场测速
5．4．1 MQD互相关算法
5．4．2 实验结果与分析
本章小结
参考文献

第6章 颗粒团聚特性的数值模拟研究
6．1 气固两相流颗粒团聚模型
6．1．1 黏附性颗粒气固两相流动中气相湍流的大涡模型
6．1．2 黏附性颗粒动理学
6．1．3 黏性颗粒系统碰撞应力
6．1．4 黏性颗粒系统碰撞热流通量
6．2 循环流化床内颗粒团聚流动特性的研究
6．2．1 数学模型、数值方法和边界条件
6．2．2 结果与讨论
6．3 喷动床内黏性颗粒气固两相流动特性的数值模拟研究
6．3．1 数学模型和边界条件
6．3．2 模拟结果与讨论
6．4 流化床内纳米颗粒气固两相流动特性的研究
6．4．1 数学模型、模拟参数和边界条件
6．4．2 结果与讨论
本章小结
参考文献

第7章 颗粒团聚行为研究及参数检测
7．1 颗粒团聚现象概述
7．1．1 团聚结构的定义及分类
7．1．2 颗粒团聚的原因
7．1．3 团聚结构的黏结增长过程
7．1．4 气固两相团聚行为机理研究的重要意义
7．2 颗粒团聚分散的主要途径
7．2．1 机械分散法
7．2．2 干燥分散法
7．2．3 静电分散法
7．3 团聚结构表观黏结特性
7．3．1 颗粒团聚实验平台
7．3．2 团聚结构分区域辨识
7．3．3 表观黏结特性研究
7．4 团聚结构相态参数检测
7．4．1 团聚结构水分分布状态测量
7．4．2 团聚结构流量分布状态检测
7．5 团聚结构快速预报模型
7．5．1 团聚结构快速预报实验平台
7．5．2 模型建立及结果分析
本章小结
参考文献

前言/序言

　　气固两相流作为重要的多相流形式之一，广泛存在于有色、冶金、建材、电力、化工、食品等许多行业。气固两相流动极其复杂，多相流被称为“难测流体”，也成为国内外科技工作者争相探索的热点课题。但许多两相流参数的检测技术和方法处于实验室应用研究阶段，这与两相流在工程领域的广泛性极其不适应。因此，发展多相流检测与分析的新技术，对实现流化床气固两相流动的机理分析、指导相关设备的设计和运行具有重要意义。
　　本书作者所领导的课题组先后在此研究领域承担了各类基金项目共7项，包括国家自然科学基金项目“基于流化床气固两相流型图像的多参数检测方法”（No.51276033）、吉林省科技发展计划项目“燃煤飞灰可吸入颗粒物聚团流化机理研究”（No.201101109）、吉林省科技发展计划项目“生物质与煤热解及混燃特性的研究”（No.200518）、吉林市科技发展计划项目“高温高湿度气固两相湍流时空特性及喷动机理应用研究”（No.201464055）、吉林市科技发展计划项目“浸没式顶吹结构内气固两相流动分离规律研究”（No.2013625013）、东北电力集团公司项目“增压流化床中水平埋管传热的试验研究”（No.98220200002239）和苏州拓维工程装备有限公司项目“旋风分离器内气固两相流数值模拟研究与结构优化设计”。到目前为止，课题组在气固两相流体参数检测方面发表学术论文54余篇，其中，SCI收录4篇，EI收录10篇，CPCI-S收录2篇，中文重要期刊收录20篇，中文核心期刊收录18篇，授权国家发明专利2项。
　　结合上述项目，课题组深入开展了气固两相流体参数检测的研究工作。①在流型识别方面，首次将时频分析法、非线性分析法、混沌理论、多重分形技术、图像处理技术和人工神经网络应用到流型的动力学特性检测中，为实现气固两相流流型转换机理和流型的智能识别提供了一种新的、有效的在线监测诊断工具。②在气泡和颗粒行为特征研究方面，采用图像处理技术对稀相气固两相流动图像进行处理，选取气泡上升、聚结及分裂3种气泡图像序列，提取图像中颗粒的尺寸和个数等参数，从纵向、横向及截面积这3个不同角度来分析气固两相流中气泡、颗粒的变化规律，为深层次地研究气泡和颗粒的行为机理，研究气固两相流的流态化过程提供了有利的条件。③在气固两相流流场检测方面，从粒子特征匹配的角度，率先提出了一种基于粒子群算法优化Hopfield神经网络的粒子踉踪测速算法。首次将光流分析法引入气固两相流动的流场、速度场和等涡量场的检测，讨论了典型流型图像的流场和速度场的分布情况，从定量角度获得了不同流型垂直轴的上升和下落的平均速度及总体速度的空间分布特性。

现代材料科学中的界面现象与结构调控 本书聚焦于复杂体系中固-液、固-气界面相互作用的物理化学机制，以及这些界面行为如何决定宏观材料的性能与功能。 本著作深入探讨了从纳米尺度到宏观尺度的多相系统演化规律，特别是强调了界面能、表面张力、毛细现象以及界面动力学在驱动材料结构形成与转变过程中的关键作用。 第一部分：界面热力学与动力学基础 本部分首先系统回顾了热力学在描述多相平衡中的核心地位，详细阐述了吉布斯自由能、拉普拉斯方程在理解弯曲界面（如液滴、气泡）稳定性的应用。重点内容包括： 表面张力与界面能的精确测量技术： 介绍了先进的接触角测量、最大气泡压力法以及椭偏仪在测量不同基底上液体润湿行为和薄膜界面能的最新进展。讨论了温度、压力和组分变化对界面张力的非线性影响。 界面扩散与迁移： 阐述了扩散在界面处的增强效应，特别是晶界、相界附近的快速输运机制。引入了界面粘滞系数和扩散激活能的概念，以解释界面动力学在固化、烧结过程中的调控作用。 分子动力学模拟的界面建模： 详细介绍了如何利用分子动力学（MD）和蒙特卡洛（MC）方法来模拟原子尺度的界面结构弛豫、缺陷迁移，以及界面能的理论计算方法，为实验观察提供微观机理支持。 第二部分：多相界面中的结构自组织与图案形成 本部分侧重于研究外部驱动力（如电场、磁场、重力或化学势梯度）如何诱导多相体系发生自发性的结构演化与有序化。 润湿动力学与薄膜生长： 深入分析了液滴在粗糙或梯度表面上的铺展与回缩过程，特别是涉及接触线移动的动力学限制因素。讨论了动态接触角与铺展速率之间的关系，以及如何利用化学修饰来控制液体的覆盖均匀性。 电/磁场对界面行为的调控： 详细阐述了电润湿现象（Electrowetting）的机理及其在微流控芯片中的应用。分析了外加磁场如何影响磁性纳米颗粒在液相中的团聚行为和界面沉积层的结构排列。 复杂流体中的界面稳定性： 研究了乳液、泡沫和悬浮液体系中界面膜的稳定性问题。重点讨论了空间位阻效应、静电排斥力以及聚合物吸附层对界面膜破裂时间的延长作用，为稳定分散体系的设计提供理论依据。 第三部分：界面在能源与催化材料中的应用 本部分将理论模型与实际工程应用相结合，探讨界面工程如何优化功能材料的性能。 多孔介质中的相分离与传输： 考察了在燃料电池电极、储能器件隔膜等材料中，气/液/固三相界面对电荷传输和反应速率的影响。分析了孔隙结构（孔隙率、连通性）如何通过影响三相接触线长度来决定催化剂的有效利用率。 纳米颗粒的界面稳定性与分散： 探讨了在合成过程中，如何通过表面功能化（配体选择）来控制纳米颗粒（如量子点、金属氧化物）在不同溶剂中的热力学稳定性和动力学抗聚集能力。引入了DLVO理论的修正模型以更准确地描述高浓度体系中的相互作用。 固-固界面的退化与修复： 针对复合材料、集成电路封装等领域，研究了热应力、湿气侵入引起的界面脱粘和腐蚀机理。提出了通过引入中间层或梯度界面结构来有效缓解应力集中、提高界面韧性的策略。 本书特色： 本书的独特之处在于，它不仅停留在描述界面现象的层面，更致力于量化和调控这些界面参数。通过整合先进的原位表征技术（如同步辐射散射、高分辨率透射电镜的实时监测）与多尺度计算模拟，读者将能够深入理解界面在宏观性能决定中的“隐形之手”作用。本书适合材料学、化学工程、物理化学及相关领域的本科高年级学生、研究生以及致力于界面工程的科研人员和工程师参考。

评分☆☆☆☆☆

《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》这本书，光从书名就透露着一股严谨和前沿的气息。作为一名刚刚接触流体力学研究的学生，我对“多参数检测”这一概念尤其感到新奇。过去的学习中，我们更多地接触到的是单一参数的测量，比如用激光粒度仪测粒径，用示踪粒子追踪速度。但是，在复杂的两相流系统中，颗粒的行为往往不是由单一因素决定的。例如，在流化床反应器中，颗粒的团聚不仅与流速有关，可能还与颗粒的带电情况、碰撞频率、甚至流体的湍动程度密切相关。这本书如果能够详细介绍如何将多种检测技术（如PIV、PDA、数字成像、电荷测量等）集成起来，实现对这些关键参数的同时、同步测量，那将为深入理解两相流的复杂现象提供前所未有的手段。我非常希望书中能够提供一些具体的实验案例，展示如何利用这些多参数数据来揭示团聚发生的内在机制。例如，当某几个参数达到某个临界值时，团聚就更容易发生，书中是否能对此进行深入的剖析和建模？

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，着实吸引了我——《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》。我目前的工作涉及到大量的粉体处理，尤其是在气力输送过程中，颗粒的团聚和结块是长期以来困扰我们的技术难题，严重影响了输送效率和物料的品质。我一直希望能找到一些关于颗粒团聚深层原因的科学解释，以及如何才能有效地解决这个问题。《团聚机理研究》这部分内容，让我看到了希望。我好奇书中是否会从微观层面，深入探讨诸如颗粒表面特性（如粗糙度、表面能）、介质环境（如湿度、气体成分）以及外场作用（如静电场、机械力）等因素是如何协同作用，促使颗粒发生团聚的。同时，这本书的亮点之一在于“多参数检测”，我非常期待书中能介绍一些能够同时获取颗粒多方面信息的新型检测技术。例如，是否能通过检测颗粒的加速度、碰撞能量、以及它们之间的相互作用力，来更精准地把握团聚的发生过程？更重要的是，“应用”部分，我希望看到的是将这些基础研究成果转化为实际可操作的解决方案，能够直接指导我们在实际的粉体输送系统中，通过优化操作参数、改进设备设计、或者采用新型的添加剂来抑制团聚。

评分☆☆☆☆☆

作为一名从事粉体工程工艺开发的工程师，我一直在寻找能够解决实际生产中“团聚”难题的理论指导和技术方案。《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》这个书名，直接点出了我最关心的两个核心问题——“检测”和“团聚”。“团聚机理研究”让我看到了一丝曙光，因为很多时候，我们只是在被动地应对团聚造成的堵塞、结块、流化不均等问题，而对其根本原因知之甚少。如果这本书能够清晰地阐释导致气固两相流中颗粒团聚的各种物理化学因素，比如静电作用、范德华力、湿润效应、颗粒形貌等，并结合实际案例进行分析，那将极大地帮助我们理解问题的根源。更重要的是，“应用”两个字让我对接下来的实际操作充满信心。希望书中不仅仅停留在理论层面，而是能够提供一些基于多参数检测数据的团聚预测模型，甚至具体的控制策略，比如通过调整气流速度、湿度、添加助剂等方式来抑制或改善团聚。我希望书中能够有关于如何利用这些检测数据指导工艺优化，以提高产品质量和生产效率的实例分析，这对于我们一线工程师来说，是最有价值的部分。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题确实是《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》。 这本书的出版，对于在气固两相流领域进行深入研究的科研人员来说，无疑是一份宝贵的礼物。我尤其对其“多参数检测”部分充满期待。在许多工业应用场景中，如催化裂化、气力输送、粉体加工等，气固两相流的状态远非单一参数所能完全描述。流体动力学行为、颗粒的运动轨迹、粒径分布的变化、甚至颗粒间的相互作用力，这些多维度的信息对于准确理解和控制整个流动过程至关重要。以往的研究往往侧重于某一或某几个参数，而这本书提出的“多参数检测”方法，暗示了一种更全面、更精细的测量技术体系。我希望书中能详细阐述这些检测技术的原理、实验装置、数据处理方法，以及如何将这些参数整合起来，形成对两相流动的整体认知。例如，对于团聚现象，不同的粒径、流速、颗粒表面性质都会影响其发生和发展。只有通过多参数的协同测量，我们才能更深入地探究这些复杂因素之间的耦合关系，从而为预测和控制团聚提供坚实的数据基础。这本书是否能提供一些前沿的检测技术，比如光学、声学、微波等多种技术的融合应用，来克服传统检测方法的局限性，是我非常关注的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》从标题上看，似乎深入挖掘了气固两相流领域的一个关键而又棘手的科学问题——颗粒团聚。在很多工业生产过程中，比如医药制剂的生产、食品的干燥与加工、以及某些化学品的合成，颗粒的团聚现象直接影响着产品的质量、稳定性和工艺的可控性。传统的颗粒检测方法往往只关注单一的粒径或形貌，而无法全面反映颗粒在复杂流动环境中的动态行为。这本书如果能够提出一套有效的多参数检测系统，能够同时测量颗粒的速度、浓度、粒径分布、甚至表面电荷等信息，将是一个巨大的突破。我特别好奇，书中是如何将这些多维度的检测数据与颗粒团聚的微观机理联系起来的。比如，是否能通过分析特定参数的变化趋势，来提前预警团聚的发生？是否能揭示团聚过程中颗粒间相互作用力的演变规律？而“应用”部分，我期望看到的是如何将这些深入的机理研究成果，转化为实际可行的工程技术。例如，如何设计出能够有效分散颗粒、抑制团聚的流场，或者如何通过优化工艺参数来最大限度地减少团聚带来的负面影响。