Macroscopic Transport Equations for Rarefied Gas Flows pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Struchtrup, Henning

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:

价格:99

装帧:

isbn号码:9783540245421

丛书系列:

图书标签:

• Meros
• 稀疏气体动力学
• 输运方程
• 气体流动
• 宏观模型
• 非平衡态热力学
• 碰撞积分
• Boltzmann方程
• DSMC方法
• 微观气体动力学
• 数值模拟

好的，这是一份针对一本名为《Macroscopic Transport Equations for Rarefied Gas Flows》的书籍的详细简介，这份简介聚焦于流体力学、气体动力学以及相关领域中，不涉及该特定主题的内容。 --- 《复杂流体动力学：从微观到宏观的统一视角》 内容概述： 本书深入探讨了复杂流体系统的动力学行为，重点关注在非平衡态和界面现象下，宏观输运现象的建立与数学描述。它不是对稀薄气体动力学或特定输运方程的综述，而是提供了一套更广泛的、适用于描述广泛流体现象（包括多相流、化学反应流、以及具有复杂本构关系的流体）的理论框架。全书旨在弥合从基本守恒律到实际工程应用中所需宏观模型之间的鸿沟。 第一部分：基础理论与非平衡态热力学 本部分奠定了分析复杂流体系统的理论基础。它从经典的连续介质力学（Continuum Mechanics）出发，回顾了热力学第二定律在非平衡态下的应用。核心内容包括对耗散过程（如粘滞、热传导）的微观起源的探讨，以及如何利用统计力学或动力学方法来导出这些宏观现象的本构关系。 非平衡态热力学： 阐述了熵产生、柯西不等式以及平衡态与非平衡态之间的过渡。重点讨论了非平衡态下的梯度理论及其在描述化学反应和扩散过程中的局限性。 守恒律的重新审视： 详细分析了质量、动量和能量的宏观守恒方程，强调了在非均匀系统中的应用。特别关注了界面处的跳跃条件以及在存在化学反应或相变时的额外守恒关系。 第二部分：复杂介质的输运机制 本部分聚焦于描述物质、能量和动量在复杂介质中输运的数学模型。它涵盖了超越标准Navier-Stokes方程（在某些限制下）的更通用描述。 多孔介质中的流动： 详细分析了达西定律（Darcy’s Law）的理论基础，并将其推广到高孔隙率或快速流动的非线性区域。引入了描述多孔介质中非均匀流体混合和传热的耦合方程组。 化学反应流的耦合输运： 探讨了组分扩散与化学反应动力学之间的强耦合问题。引入了反应速率理论，并将其嵌入到扩散方程中，分析了反应扩散系统中的模式形成，如Turing模式。 界面输运现象： 关注于流体与固体、流体与流体（如液滴、气泡）界面处的传质和传热。讨论了毛细作用力、Marangoni效应等对界面输运的影响，并介绍了描述界面动力学的相场模型（Phase-Field Models）的构建。 第三部分：高级本构方程与模型构建 本部分深入探讨了如何为具有非线性粘滞性、应力松弛或具有记忆效应的流体构建精确的宏观本构关系。 粘弹性流体： 介绍了Maxwell、Kelvin-Voigt等经典模型，并将其扩展到更一般的积分型和微分型粘弹性本构关系。讨论了如何通过Rheological实验数据来确定这些模型的参数。 扩散与迁移耦合： 探讨了在电场、温度梯度等外部场作用下，物质迁移的非Fickian行为。引入了Soret效应和Dufour效应，并建立了描述这些耦合现象的方程组。 时空尺度分离与有效模型： 讨论了如何通过多尺度分析（Multi-Scale Analysis）技术，从更基础的动力学模型（如玻尔兹曼方程的某些特定近似）中，导出适用于工程尺度的有效宏观方程。这一部分旨在提供从微观信息推导宏观有效理论的系统方法。 第四部分：数值方法与模拟挑战 本部分关注于求解上述复杂输运方程组所面临的计算挑战，并介绍了几种前沿的数值技术。 高精度数值方法： 介绍了有限体积法、有限元法以及谱方法的应用，重点在于处理守恒律、强非线性项和复杂的边界条件。 多尺度模拟的整合： 讨论了如何将不同尺度的模型（例如，宏观CFD与介观MD模拟）在计算框架内进行有效耦合，以克服单一模型在描述全尺度现象时的不足。 不确定性量化（UQ）： 在模型参数和初始条件存在不确定性时，如何利用概率方法和灵敏度分析来评估预测结果的可靠性。 目标读者： 本书适合于流体力学、化学工程、材料科学、物理学及应用数学领域的研究人员、博士生以及高级本科生。它为希望理解和建模复杂流体系统，特别是那些涉及非平衡态、多相或具有非标准本构关系的系统的读者，提供了坚实的理论基础和先进的计算工具。 本书特色： 本书的独特之处在于其广阔的覆盖范围，它将复杂的输运现象置于统一的非平衡态热力学框架下进行讨论，避免了对任何单一物理模型的过度简化，强调了从基本原理到具体模型构建的逻辑链条。它侧重于系统层面的复杂性，而非特定气体或稀薄效应的深入挖掘。

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这本书的叙事节奏掌握得极为高明，它不像某些理论书籍那样堆砌公式，而是通过一系列精心设计的案例和类比，将抽象的数学框架具象化。阅读体验上，它更像是一场由经验丰富的导师引导的智力探险，引人入胜却又毫不含糊。作者在引入新的数学工具时，总是先从物理需求出发，解释为什么需要这种工具，而不是生硬地抛出复杂的积分方程或张量运算。这种“问题驱动”的教学法极大地降低了阅读门槛，特别是对于那些背景侧重于工程实践而非纯数学的读者来说，这是一个巨大的福音。书中对数值方法的讨论也相当接地气，没有止步于理论上的完美，而是深入探讨了在有限计算资源下如何取得最优解，这无疑增加了本书的实用价值。特别是关于边界条件处理的部分，其详尽程度在同类著作中是罕见的，明确指出了不同模型在处理实际复杂几何体时的优劣。总而言之，它成功地架设了一座从纯理论到实际应用的桥梁，使得原本高不可攀的稀薄气体动力学变得触手可及，真正做到了理论指导实践。

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翻开这本书，首先感受到的就是其严谨的学术态度和令人敬佩的学术深度。它毫不留情地直面了稀薄气体流动中最核心的挑战——非线性与非平衡态的耦合。作者没有试图用简化模型来回避困难，而是选择正面迎击那些数学上最棘手的环节。书中对于某些高阶矩方程闭合问题的讨论，展示了作者在理论建模前沿的深刻见解，这些内容往往是教科书中所不涉及，需要依赖大量顶级期刊论文才能拼凑起来的知识体系。我特别留意了其在处理高超声速流动和空间环境模拟中的应用案例，这些实例的选择极具代表性，充分揭示了在传统连续介质假设失效时，微观信息如何通过宏观量来体现其影响。这种对极端物理条件下规律的探索，极大地拓宽了我的研究视野。对于那些寻求突破性研究成果的研究者来说，这本书提供的并非是现成的答案，而是更高质量的问题清单和更锐利的分析工具，是激发创新灵感的绝佳催化剂。

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我必须赞扬作者在组织材料时所展现出的那种宏大视野和精细雕琢的平衡感。全书的结构布局堪称典范，从最基础的统计力学背景铺陈，逐步过渡到宏观方程的严格推导，再到特定流场问题的求解策略，层层递进，逻辑链条完整无瑕。与其他侧重某一特定方程或某一特定应用范围的专著不同，本书的野心在于构建一个统一的理论框架，使得读者能够清晰地看到各个子领域之间的内在联系。例如，它对非平衡态热力学原理的引入，为理解能量传输机制提供了坚实的理论支撑，这在许多仅关注动量传递的教材中是缺失的。此外，书中对历史上的重要工作给予了恰当的评价和引用，使得读者能够了解这些理论演进的曲折历程，体会到科学发现的艰辛。这种对历史脉络的尊重和对前沿动态的捕捉，使得本书既有经典著作的厚重感，又不失与时俱进的活力。对于希望进行深入研究的学者而言，这本书提供的不仅仅是知识点，更是一种系统化的科研思维方式。

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这本书的版面设计和图表质量也值得称道，清晰的排版极大地减轻了阅读长篇复杂推导时的视觉疲劳。更重要的是，书中的插图并非简单的装饰品，它们是解释复杂物理现象的有效工具。例如，那些关于相空间分布函数演化的图形，比起纯文字描述更能直观地展现出气体分子的趋同性或各向异性是如何建立的。作者对数学符号的使用保持了高度的一致性和规范性，这对于反复查阅和引用公式的读者来说，是至关重要的便利。阅读过程中，我注意到作者在定义变量和设置坐标系时表现出的那种近乎偏执的清晰度，这在处理多维和高阶张量方程时显得尤为重要，有效避免了因符号歧义而导致的理解偏差。可以说，这本书在学术内容的深度之余，也兼顾了作为一本工具书的易用性，它成功地在保持最高学术标准的同时，最大限度地提升了读者的信息获取效率，是近年来我所接触的流体力学领域中，兼具理论深度与工程实用性的典范之作。

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这部著作的深度与广度令人叹为观止，它犹如一张精心编织的知识网络，将复杂的流体动力学理论与看似遥远的实际工程问题紧密地联系在一起。作者在梳理经典理论时，那种对细节的执着和对物理图像的深刻洞察力，让即便是初次接触这一领域的读者也能迅速抓住核心脉络。我尤其欣赏其中对于玻尔兹曼方程及其各种宏观极限的推导过程，每一步的逻辑衔接都如同数学证明般严谨，避免了许多教科书中常见的跳跃式论述。书中对不同尺度效应的探讨，特别是如何从微观的分子运动过渡到可观测的宏观现象，提供了全新的视角。它不仅仅是在介绍“是什么”，更在于阐释“为什么会这样”，这种对机理的深挖，使得读者在面对新问题时，不再仅仅是套用公式，而是能够基于第一性原理进行思考和建模。对于那些致力于前沿航天、微机电系统（MEMS）等领域的研究人员而言，这本书无疑是案头的必备工具书，它所奠定的理论基础坚实可靠，足以支撑起更高阶的理论构建和数值模拟工作。其内容的丰富性，甚至需要多次精读才能完全消化其精髓，每一次翻阅都会有新的领悟，这是顶级学术专著的标志。

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为什么要看这种奇怪的东西 | 不搞这个了，Boltzmann 方程再见 Grad 再见！

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