Principles Of Enhanced Heat Transfer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Routledge

作者:Webb, Ralph L./ Kim, Nae-Hyun

出品人:

页数:795

译者:

出版时间:

价格:159.95

装帧:HRD

isbn号码:9781591690146

丛书系列:

图书标签:

• Heat Transfer
• Enhanced Heat Transfer
• Fluid Mechanics
• Convection
• Boiling
• Condensation
• Heat Exchangers
• Thermal Engineering
• Phase Change
• Microchannels

好的，这是一本关于流体力学与燃烧的专业书籍的详细简介，其内容与您提到的《Principles of Enhanced Heat Transfer》无关。 --- 图书名称：高级流体动力学与燃烧理论 第一章：流体力学基础与纳维-斯托克斯方程的深入分析 本书的第一部分深入探讨了现代流体力学的基础理论，重点聚焦于不可压缩与可压缩流体的运动规律。我们将从经典的拉格朗日和欧拉描述出发，逐步推导并剖析描述流体运动核心的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组。 本章首先回顾了流体力学中的基本守恒律——质量守恒（连续性方程）、动量守恒（牛顿第二定律在流体中的体现）和能量守恒。随后，我们将详细分析粘性流体中的应力张量和应力率张量，为理解湍流的形成机制奠定理论基础。 纳维-斯托克斯方程的解析解仅存在于非常有限的简单几何和边界条件下（如平板上的 परत流或圆形管道内的Poiseuille流）。因此，本章的重点转移到方程的数值求解策略。我们探讨了有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在处理N-S方程时的优势与局限性。特别地，针对高雷诺数下的对流-扩散问题，我们详细介绍了迎风格式、中心差分格式的稳定性和精度问题，并引入了SIMPLE算法（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）及其变体在求解耦合压力-速度场问题中的核心思想和实现步骤。 此外，本章对边界层理论进行了细致的讨论，包括Blasius平板边界层方程的求解、层流到湍流的转捩现象、以及湍流边界层中的摩擦阻力预测。对于高超声速流，我们引入了激波理论，讨论了正激波和斜激波的形成条件、克努德森数（Knudsen number）对分子动理论的影响，并简要介绍了稀薄气体动力学（Rarefied Gas Dynamics）的基本概念。 第二章：湍流模型与模拟方法 湍流是自然界和工程应用中最普遍、但也是最难精确描述的流动现象。本章致力于对湍流的物理特性进行深入解析，并介绍当前主流的数值模拟技术。 我们首先从统计学角度描述湍流的特征，包括平均流与脉动流的分离、雷诺应力、湍流动能（Turbulent Kinetic Energy, $k$）及其耗散率（$epsilon$）。本章的核心内容是雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型。我们将详尽介绍一系列经验或半经验的湍流模型，包括零阶模型（如代数模型）、一阶模型（如$k-epsilon$模型和$k-omega$模型）。针对$k-epsilon$模型的局限性（例如在处理逆压梯度和壁面附近流动时的缺陷），我们深入分析了$k-omega$模型，尤其是SST（Shear Stress Transport）模型的构建逻辑及其在预测流动分离和再附着中的优越性。 对于需要更精细捕捉涡结构和瞬态特性的问题，本章引入了更高保真度的模拟方法：大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）和直接数值模拟（Direct Numerical Simulation, DNS）。我们阐述了LES中的亚网格尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型（如Smagorinsky模型和动态模型）的原理。DNS因其极高的计算成本，在本章中主要作为验证低阶模型的基准工具进行介绍。 本章还探讨了湍流在复杂几何和多相流中的特殊行为，例如，曲率效应、旋涡的形成与破碎，以及如何将湍流模型应用于旋转机械（如涡轮机和泵）的设计分析中。 第三章：燃烧基础理论与化学动力学 第三部分将主题转向燃烧过程的物理化学基础。燃烧本质上是一种涉及快速化学反应和能量释放的复杂耦合过程。 本章首先回顾了化学热力学的基础，包括吉布斯自由能、平衡常数以及反应速率理论。随后，我们详细讨论了反应动力学，特别是阿累尼乌斯（Arrhenius）公式的应用，以及如何利用基元反应（Elementary Reactions）构建化学反应机理。针对常见的燃料（如甲烷、氢气和重质烃类），本章介绍了简化后的骨架机理和详细机理的构建方法。 关于火焰结构，本章重点分析了层流预混火焰的结构。我们推导了控制火焰传播速度的Zeldovich-Frank-Kamenetskii（ZFK）方程，并探讨了扩散火焰（如羽流和射流火焰）的物理机制。对于扩散火焰，我们引入了涡量与化学反应的耦合概念，讨论了有限速率化学效应在火焰传播和熄火边界确定中的关键作用。 此外，本章对火焰稳定性和点火过程进行了深入分析。介绍了火焰的最小点火能量、最小抑燃浓度（MEC）以及燃烧室中的火焰保持机制，例如使用旋流器（Swirlers）或再生冷却技术来稳定燃烧。 第四章：辐射传热与污染物生成 第四章关注燃烧过程中的能量传输形式——辐射，以及由此带来的环境影响——污染物生成。 辐射传热部分首先介绍了黑体辐射定律（普朗克定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律）和灰体概念。我们将深入分析气体和固体颗粒对热辐射的吸收、发射和散射特性。对于工业炉膛和燃烧器，辐射是主要的传热模式，因此本章重点介绍辐射传输方程（Radiative Transfer Equation, RTE）的建立与求解。我们详细阐述了离散坐标法（DOM）、辐射传输率模型（P-N模型）以及对流体平均吸收系数（Mean Beam Length Method）的计算方法，这些是精确模拟火焰辐射特性的关键。 在污染物生成方面，我们着重分析了热力学NOx（氮氧化物）、燃料型NOx和颗粒物（烟灰）的生成机制。热力学NOx主要通过Zeldovich机理生成，本章详细分析了温度、停留时间和氧气浓度的影响。对于燃料型NOx，我们考察了燃料中氮元素转化为NO的过程。 烟灰的生成与氧化是影响燃烧效率和环境排放的重要因素。本章采用核增长（Nucleation）、聚并（Coagulation）和表面反应的耦合模型来描述碳核的形成和长大过程。最后，我们将辐射传热模型与污染物生成模型相结合，展示了如何通过优化燃烧过程参数（如局部温度场、燃料/空气混合比）来最大化热效率并最小化有害排放物。 第五章：反应流动的数值模拟与应用 本书最后一部分将前述的流体力学和燃烧理论结合起来，关注复杂反应流动的数值模拟方法（CFD for Reacting Flows）。 本章的核心在于如何耦合连续介质方程（N-S方程）与化学反应方程（物种输运方程）。我们探讨了在有限速率化学控制下，如何处理化学反应项的刚性（Stiffness）问题，并介绍了隐式/半隐式时间积分方案的应用。对于湍流反应流，我们讨论了火焰卷吸模型（Flamelet Model）和概率密度函数（PDF）方法，这些方法用于在RANS框架内处理湍流与化学反应的相互作用。 在应用层面，本章提供了多个工程案例分析，包括： 1. 燃气轮机燃烧室设计： 重点讨论贫油预混燃烧器中的火焰稳定性与NOx控制。 2. 内燃机燃烧模拟： 涉及高压和快速压缩过程中的扩散火焰和混合气燃烧。 3. 工业锅炉和加热炉： 分析辐射传热对整体效率的影响以及烟气处理优化。 通过对这些案例的深入剖析，读者将能够掌握利用现代计算工具对复杂燃烧系统进行建模、仿真和优化设计的能力。本书旨在为从事航空航天、能源工程、环境工程领域的研究人员和工程师提供一个坚实的理论和计算基础。

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