多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)
定 價(jià)：98 元
叢書名：現(xiàn)代數(shù)學(xué)基礎(chǔ)叢書
- 作者：陳寶明，劉芳，云和明著
- 出版時(shí)間：2017/1/4
- ISBN：9787030511058
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：TK124
- 頁(yè)碼：235
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
多孔介質(zhì)的自然對(duì)流傳熱與傳質(zhì)問題與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及工程實(shí)際聯(lián)系緊密，了解多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性及熱質(zhì)傳遞規(guī)律對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的過程優(yōu)化和效率提升有重要作用。《多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)》重點(diǎn)關(guān)注全部填充及部分填充多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)的自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)問題。第2～4章探討了多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)的自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)耦合效應(yīng)的有限元數(shù)值求解及電化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法，第5～7章探討了部分填充多孔介質(zhì)封閉腔體內(nèi)的自然對(duì)流交界面滑移效應(yīng)的有限元數(shù)值求解及交界面滑移效應(yīng)的PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究，第8、9章介紹了多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)X-CT實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，并探討了多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)重構(gòu)和LBM方法的數(shù)值求解。
《多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)》既可作為本科院校學(xué)生及研究生參考用書，亦可供相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者參考。
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多孔介質(zhì)中的傳遞現(xiàn)象遍及自然界及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，相關(guān)的傳熱傳質(zhì)學(xué)研究也已滲透到包括農(nóng)業(yè)、能源、冶金、化工、材料、建筑、空間科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等在內(nèi)的科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多相的存在，尤其是多孔介質(zhì)內(nèi)部流動(dòng)、溫度、濃度等各種物理場(chǎng)的耦合作用，產(chǎn)生諸如耦合擴(kuò)散、相界面作用、界面滑移、毛細(xì)作用等各種復(fù)雜效應(yīng)，對(duì)其傳熱傳質(zhì)過程產(chǎn)生重要的影響。
本書的第一著者從20世紀(jì)90年代初開始研究多孔介質(zhì)中的傳遞問題，重點(diǎn)關(guān)注了多孔介質(zhì)及其復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)部由于溫度梯度和濃度梯度產(chǎn)生的自然對(duì)流及熱質(zhì)傳遞現(xiàn)象，曾承擔(dān)多個(gè)多孔介質(zhì)領(lǐng)域相關(guān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究方面進(jìn)行了不懈的探索。多孔介質(zhì)內(nèi)傳遞現(xiàn)象的各種效應(yīng)是復(fù)雜多變的，著者從自己涉獵的研究領(lǐng)域作一總結(jié)，理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，試圖從宏觀層面和孔隙尺度方面，分別利用有限元方法和格子玻爾茲曼方法，輔以電化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和PIV實(shí)驗(yàn)方法和X-CT測(cè)試技術(shù)，探討多孔介質(zhì)的耦合擴(kuò)散效應(yīng)、界面滑移效應(yīng)及其對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響。
本書主要包括三部分內(nèi)容，第一部分為多孔介質(zhì)內(nèi)部由于存在溫度梯度和濃度梯度所導(dǎo)致的雙浮生力自然對(duì)流及熱質(zhì)傳遞過程中的耦合效應(yīng)問題，其中包括數(shù)值模擬研究進(jìn)展，也包括電化學(xué)方法的實(shí)驗(yàn)研究。第二部分關(guān)注了部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)的自然對(duì)流，采用有限元數(shù)值模擬和PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，研究多孔介質(zhì)和流體空間交界面處的流體動(dòng)力學(xué)特性及其對(duì)整個(gè)復(fù)合系統(tǒng)傳熱傳質(zhì)的影響，重點(diǎn)討論交界面處界面滑移效應(yīng)的問題。第三部分為借助X-CT技術(shù)進(jìn)行的多孔介質(zhì)的三維重構(gòu)問題，以及基于多孔介質(zhì)的實(shí)際骨架結(jié)構(gòu)，采用格子玻爾茲曼方法進(jìn)行數(shù)值模擬。
本書是著者及所在課題組多年來(lái)研究成果的總結(jié)，其主要內(nèi)容取自于陳寶明教授的博士論文、劉芳的博士論文、云和明的研究成果、博士研究生耿文廣的博士論文、碩士研究生張立強(qiáng)、王麗、蘆凱、蔡鵬飛、邱偉國(guó)和張國(guó)慶的碩士論文及其發(fā)表成果。本課題組的碩士研究生宋林泉、張洋洋、馬芳芳、郜凱凱、魏茂豐、李瑋對(duì)本書的編排及校對(duì)工作付出了辛勤的勞動(dòng)，沒有他們的高效工作與全力支持，著者不可能順利完成本書的撰寫工作，在此一并表示感謝。
本書的研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金（59806008、50646022、51076086）的資助，在此一并致謝。
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目錄
前言
第1章緒論1
1.1多孔介質(zhì)的基本概念2
1.1.1多孔介質(zhì)的定義2
1.1.2多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)3
1.1.3流體屬性5
1.2基本方程7
1.2.1滲流速度與連續(xù)性方程7
1.2.2動(dòng)量方程8
1.3多孔介質(zhì)中傳遞過程及其耦合機(jī)理10
1.4多孔介質(zhì)與流體空間交界面處的滑移效應(yīng)12
參考文獻(xiàn)14
第2章多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)耦合效應(yīng)的機(jī)理和數(shù)學(xué)描述16
2.1多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)耦合效應(yīng)16
2.1.1局域平衡假設(shè)18
2.1.2非平衡態(tài)區(qū)域的劃分18
2.1.3二維體系內(nèi)傳熱傳質(zhì)耦合20
2.2數(shù)學(xué)建模及求解方法22
2.2.1封閉腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)耦合擴(kuò)散效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型22
2.2.2數(shù)學(xué)模型的求解方法25
參考文獻(xiàn)29
第3章封閉腔體多孔介質(zhì)自然對(duì)流的交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)數(shù)值模擬31
3.1穩(wěn)態(tài)水平溫度梯度和濃度梯度導(dǎo)致的自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)31
3.1.1雙浮升力自然對(duì)流機(jī)理分析31
3.1.2瑞利數(shù)、浮升力比數(shù)及劉易斯數(shù)對(duì)流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)的影響32
3.1.3瑞利數(shù)、浮升力比數(shù)和劉易斯數(shù)對(duì)邊壁傳熱傳質(zhì)速率的影響34
3.2熱附加擴(kuò)散效應(yīng)——索瑞特效應(yīng)39
3.2.1索瑞特效應(yīng)對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響39
3.2.2索瑞特效應(yīng)的影響機(jī)理42
3.3擴(kuò)散附加熱效應(yīng)——杜弗爾效應(yīng)52
3.3.1杜弗爾效應(yīng)對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響52
3.3.2擴(kuò)散附加熱效應(yīng)的影響機(jī)理56
3.4考慮交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)傳熱傳質(zhì)的綜合關(guān)聯(lián)式66
參考文獻(xiàn)67
第4章多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)的電化學(xué)測(cè)量69
4.1電化學(xué)方法原理及其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)70
4.1.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)70
4.1.2實(shí)驗(yàn)原理及方法73
4.1.3實(shí)驗(yàn)步驟75
4.2溫度場(chǎng)及濃度場(chǎng)測(cè)試及結(jié)果76
4.2.1多孔腔體內(nèi)的溫度場(chǎng)及濃度場(chǎng)分布76
4.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分析80
4.3封閉腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)測(cè)試結(jié)果及分析83
4.3.1封閉腔體內(nèi)的溫度測(cè)量83
4.3.2努塞特?cái)?shù)隨時(shí)間的變化86
4.3.3壁面上舍伍德數(shù)的分布情況86
4.3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比88
參考文獻(xiàn)89
第5章部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)滑移效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型91
5.1部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)滑移效應(yīng)的描述91
5.1.1多孔介質(zhì)與流體空間交界面處的流體動(dòng)力學(xué)特性91
5.1.2界面滑移條件的研究進(jìn)展92
5.2部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)流動(dòng)及傳熱的數(shù)學(xué)模型95
5.2.1微觀尺度下質(zhì)點(diǎn)的控制方程96
5.2.2基于體積平均法的控制方程97
5.2.3宏觀尺度下的控制方程112
參考文獻(xiàn)120
第6章部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)傳熱傳質(zhì)及交界面處滑移效應(yīng)的分析123
6.1多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)數(shù)值模擬研究進(jìn)展123
6.2部分填充多孔介質(zhì)復(fù)合腔體內(nèi)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)分析127
6.2.1典型工況127
6.2.2多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性的影響127
6.2.3流動(dòng)參數(shù)的影響134
6.2.4交界面應(yīng)力滑移條件對(duì)流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)的影響140
6.3填充規(guī)則型多孔介質(zhì)復(fù)合腔體界面滑移效應(yīng)的分析145
6.3.1滑移效應(yīng)對(duì)流動(dòng)的影響147
6.3.2滑移效應(yīng)對(duì)傳熱的影響149
6.4部分填充實(shí)際多孔介質(zhì)交界面處滑移效應(yīng)分析151
6.5雙層多孔介質(zhì)與流體交界面處速度滑移系數(shù)的分析155
6.5.1多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性的影響156
6.5.2流體物性及流動(dòng)參數(shù)的影響159
參考文獻(xiàn)161
第7章部分填充多孔介質(zhì)腔體交界面處的滑移效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究165
7.1實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展165
7.2PIV測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)研究166
7.2.1PIV測(cè)試原理及圖像處理166
7.2.2實(shí)驗(yàn)方案168
7.3測(cè)試結(jié)果及處理分析171
7.3.1典型測(cè)試工況171
7.3.2黏性應(yīng)力滑移系數(shù)的測(cè)試分析174
7.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬對(duì)比176
7.4.1典型工況下的流線分布比較176
7.4.2不同高度處的速度分布比較176
參考文獻(xiàn)181
第8章實(shí)際多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)183
8.1X-CT測(cè)試原理183
8.2多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)X-CT圖像處理185
8.2.1多孔介質(zhì)內(nèi)部切片結(jié)構(gòu)的X-CT掃描及圖像處理185
8.2.2圖像的去噪186
8.2.3空間平滑濾波188
8.2.4頻率域?yàn)V波188
8.2.5圖像增強(qiáng)191
8.2.6邊緣獲取192
8.2.7圖像分割192
8.2.8最大類間方差法195
8.3三維多孔介質(zhì)的重構(gòu)198
8.3.1三維多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的獲取198
8.3.2三維多孔介質(zhì)重構(gòu)后的應(yīng)用202
參考文獻(xiàn)204
第9章基于LBM的多孔介質(zhì)自然對(duì)流的介觀模擬205
9.1格子玻爾茲曼方法205
9.1.1格子玻爾茲曼方法的研究進(jìn)展205
9.1.2LBM模型207
9.1.3熱LBM模型209
9.1.4LBM程序結(jié)構(gòu)211
9.1.5LBM在復(fù)合腔體內(nèi)自然對(duì)流中的應(yīng)用211
9.2二維多孔介質(zhì)自然對(duì)流的LBM數(shù)值模擬212
9.2.1二維多孔介質(zhì)/流體腔體內(nèi)自然對(duì)流的LBM模型212
9.2.2流固耦合計(jì)算與驗(yàn)證213
9.2.3二維LBM模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比216
9.3真實(shí)三維多孔介質(zhì)自然對(duì)流的LBM數(shù)值模擬217
9.3.1物理模型217
9.3.2算法與驗(yàn)證217
9.3.3真實(shí)多孔介質(zhì)腔體LBM模擬結(jié)果218
9.3.4三維多孔介質(zhì)腔體自然對(duì)流的研究220
9.3.5三維復(fù)合腔體多孔介質(zhì)交界面流動(dòng)傳熱的研究226
參考文獻(xiàn)231
基本符號(hào)表233
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