非牛顿流体本构方程和计算解析理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:韩式方

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-01-01

价格:30.0

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isbn号码:9787030077608

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• 1111
• 非牛顿流体
• 流变学
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《非牛顿流体本构方程与计算解析理论》 本书深入探讨了非牛顿流体行为的复杂性，旨在为读者构建一个全面而严谨的理论框架，以理解和预测这些材料在不同条件下的响应。与牛顿流体不同，非牛顿流体的剪切应力与其剪切速率之间不存在简单的线性关系，这使得对其进行建模和分析极具挑战性。本书将带领读者穿越这一迷人的领域，从最基本的概念出发，逐步构建起一套强大的分析工具。 理论基础：非牛顿流体的多层面解析 本书的开篇将详细阐述非牛顿流体的基本分类及其核心特征。我们将区分剪切增稠、剪切稀化、塑性流体、粘弹性流体等主要类型，并深入分析它们在微观结构层面上的起源。例如，我们将探讨聚合物链的缠结、胶体颗粒的相互作用以及溶液中溶质的聚集如何导致宏观流变特性的差异。 在此基础上，本书将聚焦于非牛顿流体的本构方程。我们将从经典的本构模型入手，例如幂律模型（Power Law Model），详尽解析其适用范围和局限性。随后，我们将引入更复杂的模型，如卡门-斯考特-斯托克斯（Carreau-Yasuda）、Cross 模型等，并解释它们如何更准确地描述剪切速率依赖性。对于具有记忆效应的粘弹性流体，我们将深入研究Oldroyd-B、Maxwell、Jeffrey 模型，探讨它们的应力松弛和延迟行为。此外，本书还将介绍一些先进的本构模型，例如基于微观结构的模型的理论基础，如滑移链模型（Slip-Chain Model）和高分子动力学模型（Polymer Kinetic Theory Models），这些模型能够从更深层次揭示流体行为的物理根源。 本书不会止步于理论模型的陈述，而是会着重于如何从实验数据中辨识和选择合适的本构模型。我们将介绍各种流变学测量技术，如旋转流变仪、毛细管流变仪、振动流变仪等，并详细讲解如何处理实验数据，包括拟合方法、参数辨识的统计学原理，以及如何评估模型的优劣。 计算解析：从理论到实践的桥梁 理解非牛顿流体的行为不仅需要精确的本构模型，更需要有效的计算工具来模拟和预测其在实际工程问题中的表现。本书的第二大部分将全面介绍非牛顿流体的计算解析理论。 我们将从数值方法的选择开始。本书将重点介绍有限元方法（Finite Element Method, FEM）和有限体积方法（Finite Volume Method, FVM）在处理非牛顿流体问题中的优势和挑战。我们将详细阐述如何构建非牛顿流体的控制方程组，包括动量方程、连续性方程，以及如何将其转化为数值求解器能够处理的形式。 在求解方面，本书将详细讲解非牛顿流体计算中常见的挑战和解决方法。这包括： 高剪切速率区域的处理： 许多实际应用中存在高剪切区域，这可能导致数值不稳定。我们将介绍网格加密、高精度数值格式等技术来应对这一挑战。 收敛性问题： 非牛顿流体的本构方程往往是非线性的，求解过程可能面临收敛性难题。本书将深入探讨迭代求解器的选择、预条件子的设计以及加速收敛的策略。 湍流模型： 在高雷诺数条件下，湍流效应变得显著。本书将介绍如何将非牛顿流体的本构模型与现有的湍流模型（如RANS模型、LES模型）相结合，以更准确地模拟湍流混合和传质过程。我们将讨论一些专门为非牛顿流体开发的湍流模型，以及它们在特定应用中的有效性。 多相流与界面处理： 许多非牛顿流体问题涉及多相流，例如悬浮液、乳液等。本书将介绍处理流体-流体界面和流体-固体界面的数值技术，包括水平集方法（Level Set Method）、相场法（Phase Field Method）等，以及它们在非牛顿流体中的应用。 本书还将探讨专门针对非牛顿流体的先进计算技术。这可能包括： 显式和隐式时间积分方法： 讨论不同时间积分方法的适用性，以及如何选择能够平衡精度和计算效率的方法。 耦合求解策略： 对于粘弹性流体等问题，流固耦合或多物理场耦合是常见的需求。本书将介绍相应的耦合求解策略和数值实现方法。 高性能计算的应用： 随着计算能力的提升，并行计算在非牛顿流体模拟中扮演着越来越重要的角色。本书将简要介绍并行计算的基本概念以及在非牛顿流体模拟中的实现方式。 应用领域：理论指导下的工程实践 本书的最终目标是为读者提供一套能够解决实际工程问题的理论和工具。因此，我们将通过一系列具有代表性的应用案例来展示非牛顿流体本构方程和计算解析理论的强大威力。这些案例将涵盖： 化工过程： 如聚合物挤出、涂料施加、食品加工（如巧克力、面糊的流动）、油墨印刷等，探讨非牛顿流体在这些过程中的流动行为、传热传质以及工艺优化。 生物力学： 如血液流动、粘液分泌、细胞在微流道中的行为等，解析血液的非牛顿特性在心血管疾病诊断中的意义，以及生物体液的流变学特征对其功能的影响。 地质学与地球物理学： 如熔岩流动、泥石流、地下水输运等，应用非牛顿流体模型解释地质现象，并进行灾害预测。 材料科学： 如智能材料、自修复材料、复合材料的加工等，理解其独特的流变特性如何影响材料的性能和应用。 通过对这些案例的深入分析，读者将能够将本书所学的理论知识转化为解决实际工程问题的能力，并对非牛顿流体在现代科技和工业中的重要作用有更深刻的认识。 本书的目标读者包括但不限于：从事流变学研究的科学家、化学工程师、机械工程师、材料科学家、生物医学工程师以及对非牛顿流体现象感兴趣的研究生和高年级本科生。本书力求在理论严谨性与工程实践应用之间取得平衡，为读者提供一个扎实且富有启发性的学习体验。

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坦率地说，这本书的阅读体验是极具挑战性的，它要求读者具备相当的耐心和预备知识。我最初是抱着学习新领域的心态开始的，但很快发现，如果对高等数学、偏微分方程以及流体力学基础没有牢固的掌握，理解书中某些证明和推导会非常吃力。不过，正是这种难度，体现了它的价值所在。作者没有丝毫迎合初学者的倾向，直面了该领域最核心、最尖锐的理论难题。书中对不同模型的适用范围和局限性的讨论尤为精彩，没有盲目推崇某种“万能”的公式，而是保持了科学应有的审慎态度。这对我来说，更像是一本“方法论”的指南，它教会我如何去分析和构建适用于特定场景的数学模型，而不是仅仅记住几个现成的方程。这本书更适合那些已经站稳脚跟，寻求突破和深入挖掘理论根源的研究人员。

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这本书的内容深度超乎我的想象，它不仅仅是知识的简单罗列，更像是一次思维的深度探险。阅读过程中，我常常需要停下来，对照着其他参考资料反复咀嚼那些复杂的推导过程。作者在处理一些前沿理论时，展现出极强的洞察力和严谨的论证能力。比如，在介绍某一类特殊边界条件的解析解法时，所采用的数学工具和技巧令人叹服，这对于我目前正在进行的一些数值模拟工作提供了极大的启发。我感觉自己仿佛在跟随一位经验丰富的大师进行一对一的辅导，他不仅告诉你“是什么”，更深入地解释了“为什么是这样”。书中的图表绘制得非常清晰，虽然内容本身偏向理论，但这些辅助图形极大地帮助我形象化了抽象的物理过程。对于有一定基础的读者而言，这本书无疑是一部可以反复研读的工具书，每一次重读都会有新的领悟。

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这本书的排版和校对工作做得非常出色，这对于一本涉及大量复杂公式和希腊字母的专业书籍来说，简直是莫大的福音。我很少在其中发现明显的印刷错误或符号混淆的情况，这极大地保证了阅读的流畅性，避免了因错误符号而导致的理解偏差。从装帧的耐用性来看，平装版本的纸张质量也很好，即使经常翻阅和做笔记，也不会轻易损坏。细节之处见真章，作者和出版社在将这些高深的理论转化为实体书的过程中，无疑投入了巨大的心力。阅读体验不仅仅是内容本身，还包括阅读的媒介。在这方面，这本书无疑达到了极高的水准，它让人愿意沉下心来，长时间地沉浸在这些精妙的理论世界中，而不被不佳的制作工艺所干扰。

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这本书的宏大叙事结构给我留下了深刻的印象。它不是孤立地讨论某个具体的流体现象，而是试图构建一个统一的理论框架来解释广泛的非牛顿行为。作者的视野非常开阔，他不仅关注了传统的剪切速率依赖问题，还深入探讨了时间依赖效应以及各向异性等更复杂的材料特性。这种全景式的分析，帮助我跳出了以往局限于单一模型分析的思维定式。特别是书中对于如何将这些理论模型与实际测量数据进行有效拟合的讨论，提供了许多实用的建议。它不仅仅停留在“纸上谈兵”的阶段，而是非常务实地连接了理论预测与实验验证之间的桥梁。读完后，我感觉自己对整个非牛顿流体领域的理论前沿和未来发展方向有了更清晰的认识和更坚定的研究方向。

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这本书的装帧设计简洁而专业，封面上的文字排版考究，散发着一种严谨的学术气息。我拿到手的时候，首先被它扎实的物理基础和深厚的数学功底所吸引。虽然我不是这个领域的专家，但翻阅目录时，就能感受到作者在结构组织上的匠心独运。章节之间的逻辑衔接非常紧密，从宏观现象的描述过渡到微观机理的探讨，再到具体的数值模拟方法，层层递进，让人能够逐步深入理解复杂的流体力学问题。特别是书中对经典理论的梳理和批判性分析，显示出作者深厚的学术积累和独到的见解。对于希望建立系统知识体系的研究者来说，这本书无疑提供了一个非常优秀的框架。它不像某些教材那样堆砌概念，而是注重理论的内在联系和实际应用背景的阐述，使得晦涩的数学语言变得相对易懂。我尤其欣赏作者在引入新概念时，总能结合实际工程案例进行说明，极大地增强了学习的趣味性和实用性。

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