Heat Convection pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Jiji, Latif M.

出品人:

页数:434

译者:

出版时间:

价格:$ 134.47

装帧:HRD

isbn号码:9783540306924

丛书系列:

图书标签:

Heat Transfer
Convection
Heat Convection
Fluid Mechanics
Thermal Engineering
Heat Transfer Analysis
Engineering Thermodynamics
Boundary Layer
Computational Fluid Dynamics
Heat Exchangers

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具体描述

Professor Jijia (TM)s broad teaching experience lead him to select the topics for this book to provide a firm foundation for convection heat transfer with emphasis on fundamentals, physical phenomena, and mathematical modelling of a wide range of engineering applications. Reflecting recent developments, this textbook is the first to include an introduction to the challenging topic of microchannels. The strong pedagogic potential of Heat Convection is enhanced by the following ancillary materials: (1) Power Point lectures, (2) Problem Solutions, (3) Homework Facilitator, and, (4) Summary of Sections and Chapters.

好的，这是一本关于流体力学和传热学的专著的简介，内容侧重于前沿理论和应用，与《Heat Convection》的主题（通常聚焦于自然/强制对流传热）有明显区分。 --- 湍流结构与复杂介质中的能量传递：一个多尺度分析框架作者： [作者姓名，例如：张伟 | 杜兰特·J. 史密斯] 出版年份： [例如：2024] 内容概述：超越经典边界层理论的新视野本书《湍流结构与复杂介质中的能量传递：一个多尺度分析框架》旨在为高级研究生、研究人员以及需要深入理解复杂流体系统热物理行为的工程师提供一套前沿的理论和计算工具。它超越了传统流体力学和传热学教材中对层流或简单湍流（如普朗特数接近1的牛顿流体中的边界层问题）的经典处理方法，将焦点集中在高度非线性、非平衡态的能量输运现象上。本书的核心论点是，在现代工程和自然界中遇到的许多关键问题——从多相流、多孔介质中的热管理到高超音速流动中的化学反应热——其能量传递过程不能仅通过宏观平均的传热方程（如傅里叶定律或简化的纳维-斯托克斯方程）来准确描述。必须引入空间和时间上的多尺度耦合机制。全书结构分为四个逻辑递进的宏大板块，层层深入地剖析了能量传递的内在复杂性。 --- 第一部分：非经典流体力学基础与统计描述的局限性本部分首先对经典的连续介质假设进行了严格的反思，特别是在涉及微尺度或快速变化的尺度下。 1.1 连续介质假设的失效边界我们将探讨当特征尺度接近分子间距（如在微通道或气凝胶中）时，传统的Navier-Stokes方程及其伴随的能量方程的适用性。重点讨论了玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）在描述气体或稀薄流体中能量分布函数（$f(mathbf{x}, mathbf{v}, t)$）的重要性，并引入了矩展开方法（如Chapman-Enskog理论）的局限性。 1.2 湍流的结构性分解与信息论方法区别于传统的雷诺平均（RANS）或大涡模拟（LES）侧重于时间平均或过滤尺度，本章深入研究了湍流结构的拓扑学和几何学。涡旋动力学与能量级串：采用环量输运方程和涡量不变量来表征三维湍流中的能量级串机制，强调非线性反馈回路在维持高频能量耗散中的作用。信息熵与湍流耗散：引入非平衡态统计力学工具，使用Renyi熵或Tsallis熵来量化湍流场的复杂性，而非仅仅依赖于速度梯度方差。探讨能量耗散率 ($epsilon$) 的概率密度函数（PDF）的尾部行为，这对于预测极端热事件至关重要。 --- 第二部分：复杂介质中的能量输运与介观效应本部分将讨论能量在结构复杂的固体基体中，或者在包含界面和相变的介质中的传递机制，这通常涉及热扩散与流体运动的强耦合。 2.1 多孔介质中的热扩散与“有效”导热性深入分析了填充因子、孔隙率分布（介观尺度结构）对宏观热阻的影响。我们不满足于简单的“体积加权平均”，而是构建了基于晶格玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）的定制模型，用于模拟热载流子（声子和分子）在随机骨架结构中的有效传输路径。这对于地热系统和催化反应器设计具有直接指导意义。 2.2 界面热阻与电子-声子耦合针对固-固或固-液界面，我们详细探讨了界面热导（Kapitza Conductance）的微观机理。声子边界条件：区分清晰界面（Specular Reflection）与漫射界面（Diffuse Reflection）对热流的影响，并基于声子波的透射系数（利用第一性原理计算）来修正界面热导模型。电子-声子热弛豫：在半导体和纳米结构中，电子气体与晶格振动之间的能量交换是决定器件性能的关键。本章提出了一个考虑波恩-冯·卡门（Bohm-von Karman）准粒子限制下的瞬态耦合模型，精确预测不同温度梯度下的能量交换率。 --- 第三部分：化学反应、辐射与多相流耦合本部分将能量传递视为一个开放的热力学系统，并考虑了化学反应和电磁辐射的强相互作用。 3.1 辐射与湍流的协同效应在高温（如燃烧室、等离子体）环境下，辐射传热往往与对流传热同等重要，甚至占据主导地位。非灰体辐射模型：使用离散坐标法（Discrete Ordinates Method, DOM）或蒙特卡洛光线追踪法（Monte Carlo Ray Tracing），结合化学反应的瞬态分布，计算出复杂气体混合物（含有烟尘颗粒或水蒸气）的光谱吸收系数。辐射对湍流的影响：探讨了辐射换热引起的密度和粘度变化如何反馈到流场结构（即辐射流效应），进而改变湍流混合效率。 3.2 反应性多相流中的热力学失衡针对气液或气固反应体系，热量往往在不同相之间发生“不平衡”交换。相间能量交换率的建模：提出了基于泡/液滴动力学模型的修正，其中相变速率不仅依赖于温差，还依赖于界面曲率和局部剪切应力对传质边界层的影响。化学反应热的局部释放：强调了反应物耗尽区与热量释放区在空间上的不一致性，这要求数值模拟必须在足够小的时间步长上捕捉到燃烧或分解过程的瞬态热点。 --- 第四部分：先进计算方法与数据驱动的建模本书的最后一部分聚焦于如何利用尖端计算技术解决上述复杂问题，特别是面对高维度的不确定性。 4.1 高精度计算方法在非线性输运中的应用谱方法与高阶有限元：探讨了如何利用谱方法处理具有尖锐梯度（如冲击波或强热边界）的流场，以避免传统有限体积法中的数值耗散问题。统一的流热耦合求解器：介绍如何构建一个能够无缝集成流体动力学、化学动力学和热辐射计算的解算器框架，重点关注时间积分方案的稳定性和收敛性。 4.2 深度学习在热物理预测中的潜力与挑战在充分理解物理机制的基础上，本章探讨了数据驱动方法如何加速复杂系统的分析。降阶模型（ROM）的构建：使用本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition, POD）或深度自动编码器从高保真CFD数据中提取控制能量传递的关键模态。物理信息神经网络（PINNs）的约束：介绍如何将Navier-Stokes和能量方程作为损失函数的一部分嵌入到神经网络训练中，以确保即使在数据稀疏的区域，预测结果也遵循基本的物理守恒定律。 --- 目标读者与本书价值本书要求读者具备流体力学、传热学和基础偏微分方程的扎实背景。它不适用于初级工程热力学课程，而是为寻求理解和模拟极端条件、微纳尺度现象以及多物理场耦合系统的研究人员量身定制。本书提供了一套从分子动力学到宏观工程尺度的统一视角，旨在推动下一代热管理和能源技术的发展。