Homogenization and Porous Media pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Hornung, Ulrich 编

出品人:

页数:295

译者:

出版时间:1996-11

价格:$ 190.97

装帧:HRD

isbn号码:9780387947860

丛书系列:

图书标签:

Homogenization
Porous Media
Multiscale Modeling
Partial Differential Equations
Material Science
Continuum Mechanics
Mathematical Physics
Engineering
Applied Mathematics
Transport Phenomena

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具体描述

This book discusses methods and results from the theory of homogenization and their applications to flow and transport in porous media. It offers a systematic and rigorous treatment of upscaling procedures related to physical modeling for porous media on micro-, meso- and macro-scales. The chapters are devoted to percolation, Newtonian, non-Newtonian phenomena, two phase flow, miscible displacement, thermal and elastic effects. Detailed studies of micro-structure systems and computational results for dual-porosity models are presented. This book will be of interest to readers who want to learn the main underlying ideas and concepts of modern mathematical theory, including the most recently obtained results and applications. Mathematicians, soil physicists, geo-hydrologists, chemical engineers, researchers working in an oil reservoir simulation and the environmental sciences, will find this book of particular interest.

矿物加工中的流体力学与颗粒床模拟作者：华莱士·R. 麦克唐纳 (Wallace R. MacDonald) 出版社：工业矿物学与过程工程学会 (Society for Industrial Mineralogy and Process Engineering) 出版年份： 2024年 --- 内容简介：本书深入探讨了现代矿物加工领域中至关重要的一个方面：颗粒床中的复杂流体力学行为以及高精度数值模拟技术的应用。在矿石处理、湿法冶金、选矿以及材料制备等工业流程中，固体颗粒与流体（通常是水或化学溶液）之间的相互作用是决定效率、能耗和产品质量的核心要素。本书旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一个全面、深入且高度实用的理论和技术框架，用于理解、预测和优化涉及大量不规则颗粒集合体的过程。《矿物加工中的流体力学与颗粒床模拟》并非关注宏观的介质均质化理论，而是聚焦于微观到介观尺度的颗粒间接触力学、流体动力学耦合效应，以及如何利用尖端的计算方法来再现和分析这些现象。全书结构严谨，从基础的流体力学原理和颗粒动力学出发，逐步过渡到复杂的耦合模型和实际工业案例分析。第一部分：颗粒床的基本物理与流体力学基础 (Foundations of Particulate Systems and Fluid Dynamics) 本部分奠定了理解后续高级模拟工作所需的基础理论。我们首先回顾了牛顿流体和非牛顿流体在矿物加工中常见的流动特性，特别是剪切增稠和剪切稀疏行为在浆体输送中的体现。 1.1 颗粒的几何描述与接触力学：详细阐述了用于描述真实矿物颗粒形状（非球形、多面体、碎片状）的量化方法，例如球化度、扁率和角状度。重点讨论了颗粒在接触时产生的接触力模型，包括赫兹接触理论（Hertzian contact）在颗粒床压缩和剪切过程中的应用，以及如何将颗粒间的摩擦系数纳入力学分析，这对于理解分级、破碎和筛分过程至关重要。 1.2 颗粒床的宏观特性与孔隙结构：分析了散装颗粒堆积的密度、空隙率（孔隙度）的分布及其随机性。引入了流体通过多孔介质的达西定律（Darcy's Law）及其局限性。随后，本书详细探讨了流体在非均匀孔隙结构中流动的修正模型，例如布林克曼方程（Brinkman Equation）的应用，用以桥接孔隙内部的粘性力与宏观外部流动之间的联系。 1.3 气固/液固两相流的初步分析：介绍了用于描述分散相（固体颗粒）和连续相（流体）相互作用的经典模型，如欧拉-欧拉（Euler-Euler）框架，并解释了如何基于阻力函数（Drag Function）来量化流体对颗粒的动量传递。这为后续CFD-DEM耦合奠定了理论基础。第二部分：颗粒动力学与离散元方法 (Discrete Element Method, DEM) 本部分是全书的核心技术之一，专注于通过离散元方法（DEM）对单个颗粒运动和群体行为进行精确模拟。 2.1 离散元方法的原理与算法：详细介绍了DEM的基本时间步进算法（如显式积分法）和接触检测机制。重点讨论了针对矿物颗粒常用的接触模型，如线性粘弹性模型、粘滑模型，以及如何修正接触模型以反映湿润环境下的粘附力（如范德华力和毛细力对细颗粒团聚的影响）。 2.2 复杂颗粒形状的建模：传统的球形DEM效率虽高，但无法准确描述矿物颗粒的运动和堆积特性。本书投入专门章节讨论了模拟非球形颗粒的先进技术，包括：多面体DEM (Polyhedral DEM)：基于几何面接触点的计算方法。球团聚法 (Clumped Spheres)：使用多个相互重叠的小球体来近似复杂形状，并详细分析了这种方法的精度与计算成本的权衡。 2.3 DEM在选矿过程中的应用：通过具体的工程案例，展示DEM如何用于模拟：搅拌与混合：分析搅拌桨叶在矿浆中的能量输入和颗粒运动轨迹，优化搅拌效率。溜槽与管道输送：预测颗粒在重力流和受限几何形状中的堵塞倾向和磨损。床层压实与振动：研究振动筛的动力学响应，以提高筛分效率。第三部分：流体-颗粒耦合模拟：CFD-DEM的集成 (Coupled Simulation: CFD-DEM Integration) 本部分聚焦于将流体动力学（CFD）的精确性与颗粒动力学（DEM）的细节相结合，形成强大的耦合模拟工具。 3.1 耦合框架与数据交换：阐述了两种主要的耦合策略：单向耦合（CFD计算流体，将结果映射到DEM颗粒上）和双向耦合（流体和颗粒之间进行动量、质量和能量的实时交换）。重点介绍了动量传递的计算方法，包括流体相的应力计算和颗粒相的受力计算。 3.2 湍流模型在颗粒床中的应用：在高速流动的工业应用中，湍流效应不可忽略。本书评估了适用于颗粒床环境的湍流模型，如雷诺应力模型（RSM）和大涡模拟（LES）在包含大量固体颗粒时的修正与应用，特别是在气力输送和快速沉降塔中的作用。 3.3 耦合模拟在关键单元操作中的实践：浮选过程的微观模拟：如何使用CFD-DEM来预测气泡与颗粒的捕获效率，分析表面活性剂对气液界面的影响。水力旋流器（Hydrocyclone）的优化：模拟颗粒在强剪切和离心场中的运动轨迹，精确预测分级粒度，并基于模拟结果提出改进进料口或溢流口几何形状的建议。过滤与浓缩：分析颗粒在滤饼形成过程中的孔隙率梯度演化，预测过滤速率和滤饼的抗压性。第四部分：计算效率、模型验证与尺度放大 (Computational Efficiency and Scale-Up) 成功的模拟工作必须在准确性与可接受的计算时间之间找到平衡。 4.1 并行计算与GPU加速：讨论了如何利用现代高性能计算（HPC）资源来处理数百万颗粒的复杂问题。详细介绍了DEM和CFD计算中常见的并行化策略（如域分解法）以及使用图形处理器（GPU）加速接触检测和力计算的最新进展。 4.2 模型校准与工业尺度放大：强调了实验数据在模型验证中的不可替代性。介绍了如何利用实验室规模的流化床或搅拌槽实验数据来校准DEM中的恢复系数、摩擦系数和流体阻力函数。随后，探讨了从微观/介观模拟结果外推到真实工业规模设备（如大型磨机或沉降池）时需要考虑的尺度效应和统计平均方法。 4.3 模型的局限性与未来方向：坦诚地指出了当前CFD-DEM方法在处理化学反应、颗粒破碎（涉及材料失效）以及超细颗粒（需要考虑布朗运动）时的挑战，并展望了更先进的多尺度建模方法。 --- 目标读者：矿物工程、化学工程、土木工程（岩土力学方向）、材料科学等领域的高级本科生、研究生、过程模拟工程师及研发科学家。本书特色：理论推导严谨，结合大量实际矿物加工的算例（如铜、铁、金矿的选矿流程），注重实际操作中的模型参数选择和计算结果的物理意义解读。本书是深入理解和设计现代高效矿物处理系统的必备参考书。