激光诱导空泡空化强化理论与技术 任旭东,袁寿其 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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任旭东，袁寿其 著

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• 流体力学
• 工程应用
• 物理学
• 声学
• 振动

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030555458

商品编码：29778978243

包装：平装

出版时间：2018-01-01

基本信息

书名：激光诱导空泡空化强化理论与技术

定价：99.00元

作者：任旭东,袁寿其

出版社：科学出版社

出版日期：2018-01-01

ISBN：9787030555458

字数：

页码：208

版次：01

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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激光空化强化技术是一种新型的材料表面改性处理技术。《激光诱导空泡空化强化理论与技术》详细阐述激光诱导空泡空化强化并抑制空蚀的理论和技术。在总结激光空化强化技术的理论、应用和发展成果的基础上，较系统地阐述激光诱导空泡及空化强化的基本理论，研究激光诱导水下空泡的冲击波力学效应，分析激光空化的机械效应和化学效应，给出各种材料在激光空化强化的表面形貌、残余应力、抗空蚀性能等，充分反映激光诱导空泡空化强化技术的先进性与实用性。《激光诱导空泡空化强化理论与技术》还给出诸多具体的应用实例，具有较好的可读性和借鉴性。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《非线性声波激发的超微尺度流体动力学现象研究》 内容梗概 本书深入探讨了非线性声波在微尺度流体中激发的复杂动力学行为及其潜在应用。不同于传统声学研究聚焦于线性传播特性，本书将目光投向了当声波的幅度和频率达到一定阈值时，流体内部出现的非线性现象，并特别关注这些现象在超微尺度（如微通道、纳米孔隙等）下的独特表现。全书围绕“非线性”和“超微尺度”这两个核心概念展开，系统阐述了非线性声波与流体相互作用的微观机制，以及由此引发的一系列新颖的物理现象，并对这些现象的潜在工程应用进行了深入的理论分析和初步的技术构想。 第一章 引言 本章首先对声波在流体中的传播特性进行简要回顾，区分了线性声波和非线性声波的概念。强调了在宏观尺度下，声波的非线性效应通常需要极高的声压才能显著显现，而在微纳尺度下，由于边界效应、表面张力以及流体自身物性的改变，声波的非线性行为可能在更温和的条件下被激发。随后，阐述了研究微尺度流体中非线性声波现象的重要性和必要性，包括其在生物医学、材料科学、微流控技术等领域所蕴含的巨大潜力。最后，对本书的研究内容、技术路线和预期贡献进行了概括性介绍。 第二章 非线性声波在微尺度流体中的理论模型 本章着重构建描述非线性声波在微尺度流体中传播的理论模型。从流体力学的基本方程出发，如Navier-Stokes方程，并考虑粘性、表面张力等因素在微尺度下的影响。针对非线性声波，引入了KdV方程、Burgers方程等经典非线性波动方程的微尺度变体，并探讨了如何在微观几何约束下推导和求解这些方程。重点分析了声压梯度、流体速度梯度以及表面张力梯度等非线性项在微尺度流体中的作用机制，以及它们如何导致波形畸变、激波形成、湍流诱导等现象。此外，还考虑了不同边界条件（如壁面效应、自由液面效应）对非线性声波传播模式的影响，并发展了数值模拟的算法框架，为后续的仿真验证提供理论依据。 第三章 超微尺度流体中的声波诱导非线性动力学现象 本章聚焦于在超微尺度环境下，非线性声波所激发的具体动力学现象。首先，详细探讨了空泡动力学在微尺度下的演化。与宏观声空化不同，微尺度下的声空化可能呈现出更精细的形态和动力学过程，例如微泡的形核、生长、溃灭及其伴随的局部高温高压、高速射流等。重点分析了微尺度几何形状（如纳米通道的曲率、孔隙的尺寸分布）如何影响空泡的动力学行为。其次，研究了声波诱导的流体混合和传质现象。非线性声波的能量耗散和湍流产生可能在微通道内实现高效的流体混合，加速物质的扩散和反应。本章将从理论上解释这一机制，并探讨声波参数（频率、幅度、占空比）对混合效率的影响。此外，还可能涉及声波诱导的微颗粒悬浮、输运以及微尺度界面不稳定性的研究。 第四章 声波与微结构/表面的相互作用 本章深入分析非线性声波与微尺度结构和表面的复杂相互作用。在微流控芯片、多孔介质等实际应用场景中，流体与固体界面的相互作用至关重要。本书将研究声波在这些界面处引起的应力、形变以及局部流场的变化。重点探讨了声波诱导的表面润湿性改变、表面活性剂吸附与脱附、以及微颗粒在表面的聚集与分散。分析了表面粗糙度、表面化学性质等因素对声波-表面耦合效应的影响。此外，还可能研究声波在穿过微通道阵列、多孔介质时的能量损耗和散射机制，以及如何利用这些效应实现微粒的分选和富集。 第五章 非线性声波在微尺度应用中的潜力和挑战 本章将前面章节的理论分析和现象研究进行整合，探讨非线性声波在微尺度应用中的潜力和面临的挑战。 生物医学应用： 药物递送： 利用声波诱导的空泡溃灭产生的冲击波和射流，可以暂时性地增加细胞膜的通透性（声孔效应），从而促进药物或基因进入细胞。在微尺度下，可以实现更精确的靶向递送和更高的细胞存活率。 组织声学处理： 在微创手术中，高强度聚焦超声（HIFU）在宏观尺度下用于肿瘤消融。本书将探讨其在微尺度下的可行性，例如在微血管瘤的闭合、微血栓的清除等方面的应用。 生物样本处理： 利用声波诱导的微混合、微分离效应，可以用于微量生物样本的分析前处理，如细胞分选、蛋白提取等。 材料科学与制造： 微纳结构制造： 声波诱导的局部应力、流场变化可能用于精确地控制微纳颗粒的沉积和组装，实现复杂微结构的3D打印。 表面改性： 通过声波与材料表面的相互作用，可以实现材料表面的抛光、刻蚀、涂层沉积等。 催化反应强化： 声波诱导的微混合、空泡溃灭产生的极端环境可以显著提高催化剂的效率，促进微尺度反应的进行。 微流控技术： 高效混合与反应： 在微流控芯片中，扩散速度受限是常见的挑战。非线性声波可以提供一种主动的混合方式，显著提高反应速率和产率。 微粒操控与分选： 利用声波场产生的梯度力，可以实现微粒在微通道内的无接触操控、精确定位和高效分选。 面临的挑战： 精确建模与仿真： 微尺度下的流体行为极其复杂，精确的理论模型和高效的数值算法是实现可控应用的基础。 声波能量的耦合效率： 如何有效地将声波能量耦合到微尺度流体和结构中，并实现期望的动力学效应，是技术实现的关键。 设备集成与小型化： 将非线性声波发生器集成到微型设备中，并保证其稳定性和可靠性，是未来应用推广的重要环节。 生物兼容性与安全性： 在生物医学应用中，需要严格评估声波对生物组织的潜在损伤，确保应用的安全性。 第六章 实验技术与表征方法 本章介绍用于研究微尺度流体中非线性声波现象的实验技术和表征方法。包括： 微纳声波发生与控制技术： 介绍压电换能器、微型激光诱导声源等技术在微尺度下的应用，以及如何精确控制声波的频率、幅度和空间分布。 微尺度流体可视化技术： 介绍粒子图像测速（PIV）、荧光示踪、共聚焦显微镜等技术，用于实时观察微尺度流场的动力学行为，如微空泡的形成、溃灭、流体混合模式等。 微尺度参数测量技术： 介绍微传感器、原子力显微镜（AFM）等技术，用于测量微尺度下的压力、温度、速度梯度等参数。 表征手段： 介绍光谱分析、电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等技术，用于分析声波作用后材料表面、微结构的变化。 第七章 结论与展望 本章对全书的研究内容进行总结，归纳了非线性声波在超微尺度流体中展现出的独特动力学机制和潜在应用价值。展望了未来该领域的研究方向，包括更精细的理论模型开发、先进的实验技术创新、以及在更多交叉学科领域的应用探索。例如，结合人工智能技术进行声波参数优化，开发新型微尺度声波驱动设备，以及拓展在能源、环境等领域的应用。 本书致力于为从事流体力学、声学、微机电系统（MEMS）、生物医学工程、材料科学等领域的研究人员和工程师提供一个深入理解和探索微尺度非线性声波现象的理论框架和技术参考。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和排版来看，这本书体现了作者对学术严谨性的追求。大量的专业术语和公式得到了规范、一致的处理，这在阅读长篇技术文献时，极大地减少了理解上的障碍。最让我感到惊喜的是，书中对不同时间尺度下物理过程的描述，体现了极高的洞察力。例如，纳秒级的激光吸收与微秒级的空泡膨胀和上百微秒级的冲击波传播，这些时间尺度的差异如何影响最终的宏观效果，书中阐述得淋漓尽致。它成功地将微观、瞬态的物理事件，映射到了可测量的、可控制的工程输出上。这不仅仅是一本关于激光诱导空化的书籍，它更像是一本关于“如何在极端能量输入下实现精确流体控制”的典范案例研究。对于任何想在微纳加工、声化学、或流体动力学领域深耕的人来说，这本书是不可或缺的理论基石。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书的深度远远超出了我对“强化理论”的初始预设。它不仅仅是关于如何“增强”空化效果，更是对空化现象本质的重新审视。作者在章节安排上，从基础的流体力学背景知识，逐步过渡到激光与液体相互作用的微观物理过程，再到宏观的空泡动力学模拟，层次感极强。特别是关于空泡溃灭过程中产生的非对称性冲击波和微射流形成机制的探讨，引用了大量的数值模拟结果进行佐证，这些图表和数据分析非常详实可靠。对于我这样的跨学科研究者来说，它成功地搭建起了一座连接物理学、材料科学和精密工程学的桥梁。读完后，我对以往处理某些“棘手”的表面改性问题时，那些难以解释的异常结果，有了一个清晰的物理图像。这本书更像是一部“内功心法”，它教你如何真正理解并驾驭微尺度能量的释放。

评分☆☆☆☆☆

这本关于空化现象的专著，从理论到应用都展现出了极高的学术水准。我印象最深的是它对空泡动力学过程的精细刻画，尤其是激光诱导机制的引入，使得传统的空泡模型得到了极大的拓展和深化。书中对能量耦合和热力学效应的分析非常透彻，不是简单地罗列公式，而是深入探讨了物理机制背后的本质，这对于理解超声波或激光在流体中产生微观爆炸的现象至关重要。而且，作者在阐述这些复杂概念时，结构清晰，逻辑严密，即便是初次接触这个领域的读者，也能循着作者的思路逐步深入。尤其赞赏的是，它没有停留在纯理论层面，而是紧密结合了实验验证，这使得理论预测更具说服力和工程参考价值。阅读过程中，我多次被书中某些巧妙的建模方法所折服，它们成功地将非线性动力学与材料损伤、清洗效率等实际问题联系起来，为后续的研究指明了清晰的方向。这种理论与实践的完美结合，是优秀工程科学著作的标志。

评分☆☆☆☆☆

整本书的叙事风格偏向于严谨的教科书式，但又不失探索性。我特别欣赏作者在回顾现有研究成果时表现出的批判性思维，他们不仅总结了前人的贡献，更指出了现有模型在描述极端条件，比如高能激光脉冲作用下的瞬态空泡行为时的局限性。这种对“空白地带”的关注，直接引出了本书的核心创新点。在技术应用方面，书中对激光诱导空泡在材料表面处理、生物医学应用中的潜力分析，非常具有前瞻性。它详尽地探讨了如何通过调控激光参数（如脉冲宽度、重复频率）来精确控制空泡的尺寸、寿命和溃灭冲击波的强度，这直接关系到处理的精度和效率。对于工程师而言，这本书提供了一个从机理到参数优化的完整技术路线图，而不是仅仅停留在概念层面，这对于实际项目落地具有极大的指导意义，让人读完后觉得手中有“硬核”技术可以去实践。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验是一种渐进式的“被说服”过程。作者没有急于抛出结论，而是通过详尽的数学推导和物理图像的构建，一步步引导读者相信他们的理论框架的合理性。尤其是关于空泡界面不稳定性的分析部分，涉及到复杂的边界条件和表面张力梯度效应，作者的处理方式非常精妙，有效地避免了模型在计算上的过度复杂化，同时保证了对物理真实性的捕捉。我特别欣赏它在讨论“强化”技术时所体现出的谨慎态度，没有夸大其词，而是客观地分析了不同强化手段（如脉冲形状、液体环境的改变）对效率提升的边际效益。这使得这本书不仅是一本学术专著，更像是一份高质量的技术咨询报告，为科研人员和工程师在资源投入和技术选择上提供了科学的依据，避免了盲目跟风。