Transport Phenomena in Multiphase Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:Faghri, Amir/ Zhang, Yuwen

出品人:

页数:1064

译者:

出版时间:2006-4

价格:$ 122.04

装帧:HRD

isbn号码:9780123706102

丛书系列:

图书标签:

Transport Phenomena
Multiphase Flow
Fluid Mechanics
Heat Transfer
Mass Transfer
Chemical Engineering
Interfacial Phenomena
Reaction Engineering
Process Engineering
Colloid Science

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具体描述

Engineering students in a wide variety of engineering disciplines from mechanical and chemical to biomedical and materials engineering must master the principles of transport phenomena as an essential tool in analyzing and designing any system or systems wherein momentum, heat and mass are transferred. This textbook was developed to address that need, with a clear presentation of the fundamentals, ample problem sets to reinforce that knowledge, and tangible examples of how this knowledge is put to use in engineering design. Professional engineers, too, will find this book invaluable as reference for everything from heat exchanger design to chemical processing system design and more. The book develops an understanding of the thermal and physical behavior of multiphase systems with phase change, including microscale and porosity, for practical applications in heat transfer, bioengineering, materials science, nuclear engineering, environmental engineering, process engineering, biotechnology and nanotechnology; brings all three forms of phase change, i.e., liquid-vapor, solid-liquid and solid-vapor, into one volume and describes them from one perspective in the context of fundamental treatment; and, presents the generalized integral and differential transport phenomena equations for multi-component multiphase systems in local instance as well as averaging formulations (the molecular approach is also discussed with the connection between microscopic and molecular approaches). It presents basic principles of analyzing transport phenomena in multiphase systems with emphasis on melting, solidification, sublimation, vapor deposition, condensation, evaporation, boiling and two-phase flow heat transfer at the micro and macro levels. Solid/liquid/vapor interfacial phenomena, including the concepts of surface tension, wetting phenomena, disjoining pressure, contact angle, thin films and capillary phenomena, including interfacial balances for mass, species, momentum, and energy for multi-component and multiphase interfaces are discussed. Ample examples and end-of-chapter problems, with Solutions Manual and PowerPoint presentation are available to the instructors.

流体力学与热力学中的高级课题：界面现象与输运过程本书聚焦于复杂体系中流体运动、能量传递与物质扩散的耦合机制，深入探讨了宏观现象背后的微观物理原理与数学模型。旨在为研究生、研究人员以及希望深入理解多相体系中输运过程的工程师提供一本全面、深入的参考资料。全书结构严谨，内容覆盖了经典理论的巩固与前沿研究的引入，特别强调了这些过程在工程实践中的定量描述与预测能力。第一部分：基础理论与连续介质模型重述本部分为后续复杂分析奠定坚实的基础，对描述流体、固体和热力学状态的连续介质力学框架进行系统回顾与提升。第一章：流体力学基础的深度回顾本章从守恒定律出发，对牛顿流体和非牛顿流体的本构方程进行了详尽的阐述。重点讨论了应力张量的构成及其在不同流体类别下的具体形式，如剪切增稠、剪切稀疏及粘弹性行为的描述。引入了描述流场速度梯度的核心概念——速度梯度张量和涡度张量的物理意义。随后，章节深入分析了纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程在不同坐标系下的推导与应用，特别是对不可压缩与可压缩流动的特殊处理。第二章：热传导与扩散的基本原理本章系统地回顾了傅里叶定律（热传导）和菲克定律（质量扩散）的微观基础。着重探讨了各向异性介质中的热流密度矢量与温度梯度的关系，以及温度梯度对扩散通量的影响。针对瞬态问题，详细推导并求解了热传导方程和扩散方程的经典解析解，包括半无限体、平板和圆柱坐标系下的定常与非定常问题。此外，本章引入了扩散的统计力学视角，探讨了随机游走模型与扩散系数之间的关系。第三章：热力学基础与相平衡本章侧重于为输运过程提供热力学驱动力。回顾了热力学基本关系，特别是能量方程在流体运动中的耦合形式（包含粘性耗散项）。关键内容在于相平衡理论，详述了吉布斯自由能最小化原理在判断相态转变中的应用。引入了朗之万（Van der Waals）方程和更精确的集团贡献法（Group Contribution Methods）来预测纯组分和混合物的饱和压力与共存曲线。对相变潜热的精确量化及其在输运模型中的地位进行了深入分析。第二部分：界面现象与驱动力分析本部分是理解多相系统行为的核心，专注于界面两侧的物理和化学相互作用，以及驱动宏观输运的微观力。第四章：界面张力与表面能的定量描述本章深入研究了界面张力的本质——分子间作用力的不平衡性。从热力学角度推导了界面张力与界面能量的关系，并探讨了温度、压力对界面张力的影响规律。详细介绍了欧拉-拉普拉斯方程（Young-Laplace Equation）在曲率界面上的应用，特别是在液滴、气泡和毛细管现象中的定量分析。同时，本章引入了电润湿现象中的电场对界面张力的调制效应。第五章：分子动力学视角下的界面结构超越连续介质假设，本章采用分子模拟的视角来剖析界面结构。讨论了密度分布函数在界面两侧的变化趋势，以及由此衍生的界面厚度概念。通过对分子间势能函数的选择，模拟了液体/气体或液体/固体界面上分子排列的局部有序性。本章还探讨了分子动力学（MD）模拟如何直接计算界面热导率和扩散系数，与宏观测量进行对比验证。第六章：界面动理学与接触角演化本章聚焦于固体表面上液体润湿动力学。详细分析了静态接触角（Young’s Equation）的局限性，并引入了动态接触角的概念，区分了前进角（Advancing Angle）和后退角（Receding Angle）的测量与影响因素。探讨了浸润（Wetting）和铺展（Spreading）过程中的能量耗散机制，包括接触线处的局部流场畸变和粘性耗散。对疏水、超疏水表面上液滴的形态稳定性进行了深入探讨。第三部分：宏观输运过程的耦合与模型建立本部分是全书的综合应用，将前述的界面效应和基本输运定律耦合起来，构建描述多相体系中能量、动量和质量传递的完整方程组。第七章：对流换热理论的深入应用本章侧重于流体运动与能量传递的强耦合问题。深入分析了边界层理论在强流速环境下的适用性与局限。详细推导了包含热源项、粘性耗散项和界面传热项的能量方程。特别关注了自然对流和强制对流换热的数值模拟方法，包括有限体积法（FVM）在复杂几何体上的应用。讨论了湍流模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型）在描述界面附近速度脉动与热量输运增强中的作用。第八章：界面质量传递与化学反应动力学本章处理了相间质量传递的驱动力与速率控制。详细阐述了质量传递的扩散控制和界面反应控制两种主要模式。对于反应性流动，介绍了基于有限速率化学动力学的模型（如Eddy Dissipation Concept, EDC），并将其与质量扩散方程耦合。重点分析了吸收塔和气液反应器中，由传质阻力导致的反应效率限制问题。第九章：多尺度建模与数值模拟方法本章是连接微观机理与宏观工程设计的桥梁。详细介绍了描述多相流动的常用宏观模型，如欧拉-欧拉（Euler-Euler）模型和欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型。讨论了如何通过“体积平均法”（Volume Averaging Technique）从微观方程组推导出适用于工程尺度的有效输运方程。最后，对近年来兴起的相场法（Phase-Field Method）在模拟复杂界面演化中的优势与挑战进行了概述，展示了其在模拟颗粒团聚和液滴破碎中的潜力。全书旨在提供一套系统化、可操作的框架，使用户能够准确地分析和预测在极端条件下（如高压、高温或微重力环境）界面附近发生的动量、热量和物质的复杂输运现象。