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出版者:Oxford University Press, USA

作者:M. P. Allen

出品人:

页数:408

译者:

出版时间:1989-06-29

价格:USD 105.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780198556459

丛书系列:

图书标签:

• 流体的计算模拟
• Molecular Dynamics
• Monte Carlo
• Statistical Mechanics
• Fluid Dynamics
• Computational Physics
• Soft Matter
• Phase Transitions
• Thermodynamics
• Non-Equilibrium
• Simulation Methods

复杂系统中的流体动力学与量子现象研究 本书深入探讨了在极端条件下，复杂流体系统所展现出的非凡物理特性及其背后的微观机制。全书围绕高精度数值模拟与先进的理论框架两大核心支柱展开，旨在揭示宏观流体行为与微观量子效应之间错综复杂的联系。 第一部分：超越经典模型的流体动力学（The Realm Beyond Classical Hydrodynamics） 本部分聚焦于传统纳维-斯托克斯方程难以准确描述的领域，特别是涉及跨尺度效应、相变临界点附近行为以及复杂介质中的输运现象。 第一章：介观尺度下的输运理论 传统流体力学依赖于连续介质假设。本章则将目光投向介于分子尺度与宏观尺度之间的介观区域。我们详尽考察了克努德森数（Knudsen Number）在不同环境（如微流控芯片、多孔介质填充物）中的变化对边界条件和速度剖面的影响。重点讨论了非平衡态统计力学如何被应用于推导更广适用范围的输运方程，如玻尔兹曼方程的矩展开形式（Chapman-Enskog 和 Burnett 理论的现代修正）。 边界层效应的精细化建模： 详细分析了固液界面处的速度滑移和温度跳跃现象，引入了基于固壁表面粗糙度参数化的修正边界条件。 多孔介质中的阻力与分散： 探讨了在高度非均匀孔隙结构中，渗透率（Permeability）的各向异性及其随流体速度变化的非线性现象，特别是达西定律失效区域的描述。 第二章：非牛顿流体的结构化响应 本章深入研究了剪切变稀、剪切增稠以及粘弹性流体的复杂本构关系。我们区分了基于能量耗散机制和基于分子松弛时间的模型。 粘弹性本构模型： 对比了Oldroyd-B、Maxwell 以及更复杂的Giesekus模型在描述高分子溶液和熔体中的“卷曲-拉伸”转变过程中的优劣。通过数值求解，展示了剪切速率梯度如何诱导流体内部的微观结构重排。 剪切诱导的相分离： 在混合物体系中，外部应力场如何改变自由能景观，导致亚稳态下加速的相分离或聚合。对聚合物溶液中“流致凝胶化”现象的微观机理进行了详细论证。 第三章：湍流的尺度分离与信息熵 湍流仍然是流体力学研究的难点。本章从信息论的角度审视湍流结构。我们不再仅仅关注速度场的瞬时值，而是关注湍流脉动中所携带的信息量和能量传递的路径。 能量级串与涡旋动力学： 运用涡度输运方程和拉格朗日追踪方法，分析了湍流中能量如何从大尺度涡旋传递到小尺度涡旋并最终耗散为热量。研究了在不同雷诺数下，惯性子区和耗散区的统计特性。 湍流模型的高阶修正： 对标准的$k-epsilon$ 模型进行批判性审视，并引入了基于Reynolds应力模型（RSM）的改进方案，特别是针对流线弯曲和应力各向异性问题的处理。 第二部分：量子与热力学极限下的物质行为（Quantum Limits and Thermodynamic Extremes） 本部分跨越到更基础的物理层面，探讨了在极低温度或极高压力环境下，流体行为如何受到量子力学效应的支配，以及如何利用统计力学来桥接微观与宏观。 第四章：玻色-爱因斯坦凝聚体与超流体动力学 在接近绝对零度的环境中，物质展现出奇异的宏观量子行为。本章专注于超流氦-4和费米气体的简并压力。 格罗斯-皮塔耶夫斯基（GPE）方程： 详尽推导了描述玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的非线性薛定谔方程。通过数值求解，模拟了涡旋的产生、捕获和湮灭过程，并将其与经典流体中的涡旋动力学进行了对比。 两流体模型： 对于超流体，普通流体部分和超流体部分之间的耦合至关重要。本章阐述了如何将两者的动量和能量方程耦合起来，以准确描述热梯度下的“热流体”现象。 第五章：电子流体与强场物理 在半导体器件（如高迁移率纳米结构）或等离子体物理中，电子的输运行为不再可以用简单的欧姆定律描述。 德鲁德模型的高级修正： 当外加电场或温度梯度非常大时，电子的能量分布会偏离麦克斯韦-玻尔兹曼分布。本章引入了Ballistic输运模型和半经典量子修正项来处理电子的非平衡态分布函数。 量子霍尔效应下的边缘态： 探讨了在强磁场和低温下，二维电子气中拓扑保护的边缘态如何影响宏观电导率，并将其置于流体动力学的框架下进行分析。 第六章：高密度物质的界面稳定性与量子涨落 本章考察了在极端压力（如行星内部或强激光烧蚀下）物质的相变行为，强调了量子涨落对界面稳定性的影响。 DFT-MD方法在界面动力学中的应用： 介绍了密度泛函理论（DFT）与分子动力学（MD）相结合的方法，用于研究高压下液体金属的结构弛豫和电子结构变化。重点分析了界面处的离子排列和电子云的重分布如何影响界面能。 量子隧穿效应在反应动力学中的角色： 在低温或高势垒反应中，核的量子隧穿成为反应速率的主导因素。本章利用路径积分蒙特卡洛（PIMC）方法计算了轻原子（如氢）在液体环境中的动力学性质，展示了零点能对反应活化能的显著降低效应。 结论与展望：跨尺度建模的未来挑战 全书最后总结了当前在流体动力学与量子物理交界面所面临的主要挑战，包括：如何有效整合描述不同时间尺度的物理模型（从飞秒级的量子相互作用到秒级的宏观湍流），以及如何开发能够自适应不同物理 regimes 的统一数值求解器。本书期望为深入理解物质在各种极端条件下的复杂运动提供坚实的理论和计算基础。

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这本书的封面上，那种深邃的蓝色和简洁的设计，给我一种沉静而充满智慧的触感。我还不曾翻开它的扉页，但仅仅是书名《Computer Simulation of Liquids》，就足以引发我无限的遐想。它似乎在承诺着一种全新的视角，一种用代码和算力去洞察物质本质的方式。液体，在我们日常生活中如此普遍，却又如此难以捉摸。它们的流动、蒸发、凝结，每一个瞬间都充满了复杂的物理过程。我猜想，这本书将带领读者潜入到液体的微观世界，用计算机模拟的语言，去解读这些宏观现象背后的奥秘。或许，它会深入剖析分子的相互作用，如何通过精密的计算模型，呈现出我们所见的宏观流体行为。我期待书中能够揭示模拟技术的精髓，那些如何将物理定律转化为可执行的算法，以及如何在巨大的计算量中寻找效率与精度的平衡。这本书的出现，无疑为我们提供了一个探索未知、理解世界的新窗口，让我对计算科学在揭示自然规律方面的强大力量，有了更深的认识。

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我对于这本书的期待，更多地源于它所暗示的广阔的应用前景。一本关于液体计算机模拟的书，听起来就充满了解决现实世界问题的潜力和能量。我想象着，这本书可能会为材料科学、化学工程、甚至生物医学等领域的研究者提供重要的理论指导和技术工具。液体在自然界和工业生产中无处不在，理解它们的行为至关重要。我猜测，书中会深入探讨如何利用计算机模拟来预测和优化各种液体相关的过程，比如药物的溶解和传输、新型材料的开发、甚至气候模型中水循环的模拟。这其中的关键，在于能够准确地模拟液体在不同温度、压力和组分下的行为，以及它们与其他物质的相互作用。我尤其好奇书中是否会提及一些具体的应用案例，用以说明计算机模拟在解决实际问题中的强大能力，例如模拟油气开采中的流体行为，或者设计更高效的化学反应器。这本书的价值，或许在于它能够将理论研究的成果，转化为能够推动技术进步的实际应用。

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这本书的封面设计着实吸引人，一种沉静而专业的蓝色调，搭配上略带科技感的字体，让人一眼就能感受到它所蕴含的深刻知识。尽管我还没有机会深入研读其中的具体内容，但仅仅是翻阅目录和一些章节的标题，就足以让我对这本书的深度和广度产生浓厚的兴趣。它似乎不仅仅是关于计算机模拟，更像是在构建一个理解液体世界运行机制的宏大框架。我特别期待书中对“模拟”这个概念的解读，是如何将抽象的物理原理转化为计算机可以理解和计算的模型，这其中必然蕴含着大量的算法设计和数学理论。同时，书名中的“液体”二字也让我联想到生活中各种形态各异的液体，从水的流动到熔岩的翻滚，它们看似简单，实则蕴藏着复杂的动力学行为。我猜测本书将提供一种全新的视角去审视这些日常现象，或许能解答我一直以来对某些流体行为背后原因的好奇。这本书的出现，感觉像是为那些渴望更深层次理解物质世界奥秘的探索者，打开了一扇通往新领域的大门。

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这本书给我的第一印象是其扎实的理论基础和严谨的学术风格。从它散发出的气息来看，绝非一本泛泛而谈的科普读物，而是一部可能需要一定物理学和计算机科学背景才能完全领略其中精髓的专著。我一直在寻找能够系统性地阐述物质微观行为与宏观现象之间联系的读物，而这本书的书名恰好点燃了我心中的那份渴望。我猜想，它会深入剖析如何利用计算方法来模拟液体的分子运动，进而解释宏观的物理性质，比如粘度、表面张力、相变等等。这其中的挑战可想而知，如何在巨大的分子数量和时间尺度之间找到计算的可行性，必然涉及复杂的数值算法和高性能计算的知识。我尤其好奇书中对于不同模拟方法的比较和选择，例如分子动力学模拟、蒙特卡洛方法等等，它们各自的优缺点以及在不同问题中的适用性，这将会是对我现有认知的一次极大拓展。这本书的价值，或许在于它能够将那些抽象的物理定律，通过计算机模拟这一强大工具，转化为可观察、可分析的具象结果，从而加深我们对液体世界的理解。

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这本书的排版和整体质感都显得非常专业，厚实的纸张和清晰的印刷，都透露出一种严谨治学的态度。虽然我还没有开始细读，但仅从书脊和封面上的信息，我就能感受到它所承载的分量。书名《Computer Simulation of Liquids》本身就极具吸引力，它指向了一个高度交叉的学科领域，将计算机科学的强大计算能力与物理学中液体的复杂性相结合。我一直对分子层面的相互作用如何宏观地影响液体性质感到好奇，而这本书似乎正是要解答这个问题的钥匙。我推测书中会涉及大量的数学公式和物理模型，通过精密的计算来描绘液体的动态行为。这种研究方法，在我看来，是一种将理论推演与实际观测相结合的科学探索方式，它能够让我们在实验室无法直接观察到的微观世界里，进行“虚拟实验”，从而获得深刻的见解。我非常期待书中对于模拟过程中可能遇到的挑战和解决方案的讨论，例如如何处理近似、如何验证模拟结果的准确性，这些都是科学研究中至关重要的环节。

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