Interdisciplinary Transport Phenomena pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sadhal, S. S.

出品人:

页数:452

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出版时间:

价格:$ 169.50

装帧:

isbn号码:9781573317122

丛书系列:

图书标签:

• Transport Phenomena
• Interdisciplinary
• Heat Transfer
• Mass Transfer
• Momentum Transfer
• Fluid Mechanics
• Chemical Engineering
• Materials Science
• Engineering
• Physics

探索物质与能量的宏观流动：一本关于跨尺度传输现象的深入研究 本书深入剖析了物质、动量和能量在不同尺度和不同介质中传输的普遍规律。我们着眼于那些驱动自然界和工程应用中一系列关键现象的底层原理，旨在为读者提供一个坚实、系统的理解框架。 核心内容概览： 本书的核心在于揭示“传输现象”这一概念的普适性。我们将跨尺度的物质、动量和能量流动视为一个统一的整体，探讨它们在微观分子运动、宏观流体动力学、传导、对流以及辐射等多种形式下的表现。 第一部分：基础理论与概念梳理 绪论：传输现象的定义与重要性 我们将从最基本概念出发，清晰定义物质传输、动量传输（也称为粘性或阻力）和能量传输（热量传递）的内涵。 强调这些现象在物理学、化学、工程学（包括化学工程、机械工程、航空航天工程、生物工程等）、环境科学乃至天体物理学等众多学科中的核心地位。 通过生动的例子，例如细胞膜的物质交换、大气环流、发动机内的热量管理，说明理解传输现象对于解决实际问题的重要性。 微观基础：分子动理论与统计力学视角 追溯宏观传输现象的根源，我们将深入探讨气体、液体和固体中分子的随机运动。 引入气体动理论，解释分子碰撞如何导致动量和能量的传递，进而形成粘性和热导率。 探讨统计力学在描述大量粒子集体行为中的作用，以及它如何与宏观传输系数建立联系。 我们将讨论扩散、粘性效应和热传导的微观机制，理解这些现象的分子层面的起源。 守恒定律：质量、动量与能量的连续性 本书将严格阐述质量守恒、动量守恒（牛顿第二定律的体现）和能量守恒（热力学第一定律）在传输过程中的应用。 我们将推导和分析这些守恒定律在连续介质中的微分形式——控制方程（例如，连续性方程、Navier-Stokes方程、能量方程）。 解释这些方程如何成为描述传输现象的数学语言，为后续的分析和求解奠定基础。 第二部分：深入探讨各类传输现象 物质传输：扩散与对流 扩散： 我们将详尽介绍不同形式的扩散，包括分子扩散（Fick第一定律）和涡流扩散。 深入分析影响扩散速率的因素，如浓度梯度、温度、介质性质（粘度、扩散系数）以及扩散过程中的相变。 通过实例，如染料在水中的扩散、气体的混合、化学反应中的反应物传输，展示扩散的重要性。 探讨如何通过数学模型来描述和预测扩散行为。 对流： 我们将区分自然对流（由密度差异引起）和强制对流（由外部力驱动，如泵或风扇）。 详细分析速度场、压力场与物质分布之间的相互作用。 介绍无量纲数（如雷诺数、普朗特数）在表征对流过程中的作用，以及它们如何影响流动模式（层流与湍流）。 通过案例，如冷却系统中的流体流动、血液循环、大气环流，理解对流在能量和物质大规模输运中的关键作用。 动量传输：粘性与流动阻力 粘性： 深入阐述牛顿流体和非牛顿流体的概念，以及粘度如何描述流体抵抗剪切应力的能力。 分析粘性效应在流动中的表现，包括边界层形成、涡旋产生和能量耗散。 我们将探讨粘性耗散转化为热量的过程。 流动阻力： 分析物体在流体中运动时产生的阻力，包括压差阻力和摩擦阻力。 介绍如何通过实验和理论模型来计算和预测流动阻力，以及它在设计飞行器、船舶、管道系统中的意义。 探讨湍流边界层和层流边界层的差异及其对阻力的影响。 能量传输：传导、对流与辐射 传导： 详细介绍固、液、气三态物质中热传导的机理，以及傅里叶定律在描述稳态和瞬态传导中的应用。 分析热导率这一关键参数，以及影响其大小的因素（如材料结构、温度、晶格振动）。 通过实例，如墙体的隔热性能、金属的导热性、电子元件的散热，理解传导的重要性。 对流传热： 结合物质对流的讨论，我们将深入研究对流传热。 介绍自然对流传热和强制对流传热的特点，以及努塞尔数等无量纲数在表征对流传热强度中的作用。 分析换热器、冷却塔等实际应用中的对流传热过程。 辐射传热： 探讨电磁波作为能量载体的辐射传热机制，包括黑体辐射、漫反射体和镜面反射体。 介绍斯特藩-玻尔兹曼定律和维恩位移定律，以及表面辐射率、吸收率、透射率等参数。 分析辐射在高温环境（如太阳能集热器、炉膛、星体表面）中的重要性，以及它与传导、对流的耦合作用。 第三部分：跨尺度耦合与复杂系统 耦合传输现象： 本书将重点关注不同传输现象之间的相互作用和耦合。例如，化学反应伴随热量产生（化学能向热能转化）和物质扩散；蒸发过程涉及物质传输和能量（潜热）传输。 分析多相流中的传质、传热和动量传输，如气液两相流、固液两相流。 研究生物体内的复杂传输过程，例如血液中的氧气输送、细胞膜上的离子通道、植物体内的水分传输。 湍流传输： 我们将深入探讨湍流这一复杂现象，分析其随机性、涡旋结构和能量耗散的特点。 介绍湍流模型（如雷诺平均模型、大涡模拟）及其在预测湍流传输中的应用。 讨论湍流对混合和传热效率的显著影响。 数值方法与工程应用： 介绍求解传输方程的数值方法，如有限差分法、有限体积法和有限元法。 结合计算流体动力学（CFD）等现代工程工具，展示如何模拟复杂的传输现象。 通过具体的工程案例，如化工反应器设计、航空发动机热管理、环境保护中的污染物扩散模拟、生物医学工程中的药物输送设计，来 ilustrate 这些理论的实际应用。 本书的特色： 跨学科视角： 本书贯穿了物理学、数学和工程学的精髓，旨在为不同背景的读者提供一个共通的理解平台。 理论与实践结合： 在深入阐述基本理论的同时，大量引用了贴近现实的工程和自然现象案例，强化了知识的应用性和直观性。 系统性与深度： 从宏观到微观，从单一现象到多重耦合，本书提供了一个全面而深入的视角来理解传输现象。 清晰的逻辑结构： 内容组织条理清晰，层层递进，帮助读者逐步建立对复杂传输过程的认知。 本书适合从事相关领域研究的学者、工程师，以及对自然界和工程技术中物质与能量流动规律感兴趣的学生和专业人士。通过对本书的学习，读者将能更深刻地理解驱动宇宙万物运转的宏观动力，并掌握解决实际工程挑战所需的关键工具和思维方式。

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这本书的语言风格是极其严谨和精确的，它几乎没有使用任何带有情感色彩的词汇，一切都建立在无可辩驳的物理定律和数学推导之上。这种风格对于需要精确表达的领域来说是必要的，但对于初学者来说，可能会构成一道不小的门槛。我记得我第一次尝试啃下其中关于扩散方程的推导时，花了整整一个下午才勉强跟上作者的思路。书中大量使用了张量分析和偏微分方程的求解技巧，这要求读者必须对高等数学有非常扎实的掌握。然而，一旦你克服了最初的数学障碍，你会发现其逻辑链条是如此的坚不可摧。作者在每讨论完一个关键的输运机制后，都会紧接着给出一个详细的、带有具体数值的算例。这些算例的选取非常具有代表性，涵盖了从化工反应器到生物工程中的物质交换等多个领域。这些实例的使用并非为了炫耀知识的广度，而是为了扎实地固化读者对理论公式的直观理解。我个人尤其喜欢它在探讨“尺度效应”时的处理方式，它用清晰的数学语言说明了从兰道数到雷诺数等无量纲参数如何决定了宏观现象的本质转变，这种深度剖析令人叹服，也体现了作者在跨学科领域深厚的学术积淀。

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我是在一位资深工程师的推荐下购入此书的，他一再强调，这本书提供了一种“全局性的视角”来看待那些传统上被分割开来的学科领域。老实说，我最初对此持怀疑态度，因为在我的学习经历中，热力学、流体力学和质量传递往往被严格地划分在不同的课程体系下，彼此间的联系更多地停留在抽象的数学等价性上，而非实际操作中的协同作用。然而，这本书成功地将这些看似孤立的“现象”编织成了一张巨大的网。我特别欣赏作者在讨论“耦合效应”时所采用的案例分析。比如，当处理一个涉及高粘度流体在强电磁场下流动的问题时，作者没有简单地分别计算流体动力和电磁感应，而是深入探讨了它们如何在一个非平衡态下相互塑造彼此的边界条件。书中对这些复杂系统的建模过程描述得极其细致，每一步的假设、每一种近似的适用范围都被清晰地界定出来，这对于我们试图将理论应用于实际工程设计至关重要。它教会了我如何批判性地看待教科书上的简化模型，认识到在真实世界中，我们所观察到的“现象”往往是多种基本规律同时作用下的复杂叠加态。阅读这本书的过程，更像是在学习一种全新的思维框架，它迫使我跳出专业壁垒，去理解物质世界运行的底层逻辑，这比单纯掌握某个计算公式要宝贵得多。

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坦白讲，我是在一个极为偶然的机会下，在一位教授的研究生会议上听说了这本书的名字，当时的主题是如何利用纳米技术增强反应堆的冷却效率。教授在PPT上展示了一个极其复杂的数值模拟结果，并指出这个结果的理论基础正是源于这本书中关于多孔介质内相变传热的章节。作为一名非本专业的旁听者，我当时被那种跨尺度的解释能力所震撼。当我拿到这本书后，我首先翻阅了目录，其章节结构的组织逻辑非常清晰，从最基础的微观机理（如分子运动论在宏观输运过程中的体现）开始，逐步过渡到宏观系统的集成建模。最令我感到惊喜的是，书中对“边界层”理论的阐述，它没有停留在经典的普朗特边界层理论上，而是引入了非牛顿流体和稀薄气体流动的特殊情况，并配有大量的二维和三维可视化图表。这些图表制作得极为精良，色彩区分和等值线设置既符合工程规范，又具有极高的审美价值。我个人认为，对于需要进行高级数值模拟或实验设计的科研人员来说，这本书提供的基础框架是无价的。它不只是告诉你“怎么算”，更是深入解释了“为什么这么算”的物理根源，极大地拓宽了我对工程问题的理解深度。

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我是在准备一个关于高效能源储存系统的项目提案时，需要快速了解不同材料界面处的能量和物质交换机制，才被同事推荐了这本书。我当时最关心的点是，这本书能否提供一个统一的框架来评估不同电池电极材料在快速充放电循环中遇到的热管理挑战。当我查阅到关于电化学耦合输运的那几章时，我几乎可以肯定，这本书正是我们需要的理论基石。作者对多场耦合问题的处理方式非常系统化：首先，他从热力学基本原理出发定义了有效势能；其次，他详细阐述了如何将电化学反应速率与输运过程（如离子扩散和电子传导）耦合起来；最后，他展示了如何利用有限元方法对这些耦合方程进行离散化求解。书中对于非线性问题的处理尤其出色，它没有回避处理像电解质浓差极化这种高度依赖于局部条件的复杂情况，而是提供了几种成熟的数值近似方案及其收敛性分析。这种务实的态度让我感到非常受用，它告诉我，理论的终极目的是指导实践，而不是停留在纯粹的数学美感上。这本书无疑是为那些真正想在输运现象研究领域做出创新性贡献的人准备的工具箱，它提供的知识深度和广度，是其他任何单一学科的参考书都无法比拟的。

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这本书的封面设计着实引人注目，那种深邃的蓝色调配上抽象的流线型图案，初看之下就让人联想到某种高速运动中的物质形态，充满了科学的神秘感和现代感。我是在一家独立书店里偶然翻到的，当时只是好奇地想看看近期有哪些新的学术著作面世。当我翻开扉页，看到精美的排版和大量的插图时，心里不免有些忐忑，毕竟这种听起来就极其硬核的专业书籍，往往意味着枯燥的公式和晦涩的理论。然而，作者在引言部分的处理却非常巧妙，他没有直接抛出复杂的数学模型，而是通过讲述几个历史上著名的工程难题，比如早期跨海大桥的沉降问题、或者高超音速飞行器表面热传导的控制，来烘托出研究“现象”本身的重要性。这种叙事方式一下子抓住了我的注意力，让我觉得这不仅仅是一本教科书，更像是一部关于人类如何理解和驯服自然界基本作用力的编年史。特别是其中关于微观尺度下分子间作用力的图示，即使用非专业人士的眼光去看，也感受到了那种复杂系统内在的和谐与秩序。整本书的纸张质量也相当不错，即使用荧光笔做了大量标记，也不会有墨水洇开的烦恼，阅读体验上乘，这一点对于需要反复研读的理工科书籍来说至关重要。我至今还没完全读完，但仅从其呈现的“气场”来看，它无疑是该领域内的一部里程碑式的作品，其厚重感不仅仅体现在物理重量上，更在于其知识的广度和深度。

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