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内容简介
本书对纳米颗粒两相流进行了系统的论述，内容包括纳米颗粒两相流的普遍性、特殊性、复杂性、研究进展以及基本研究方法；求解纳米颗粒通用动力学方程的泰勒展开矩方法及该方法在计算精度与计算效率方面的优势；混合层、平面射流和圆射流场中纳米颗粒分布的演变；矩形槽道和圆管流场中纳米颗粒的输运和沉积特性；汽车尾气纳米颗粒的生成与扩散特性；燃烧法生成二氧化钛纳米凝并体颗粒；非稀相及双峰直径分布纳米颗粒的布朗凝并；具有分形结构的纳米颗粒凝并体系统。
本书可供力学、机械、材料、化学化工、工程热物理、生物、医学、仪器仪表及相关专业的科研人员、工程技术人员、教师以及研究生和本科生阅读。
目录
前言
第1章 绪论
1.1 颗粒直径与密度的基本描述
1.2 纳米颗粒两相流的普遍性及应用
1.2.1 大气中的纳米颗粒
1.2.2 可吸入颗粒及其对人体的危害
1.2.3 添加纳米颗粒强化传热
1.2.4 纳米材料的制备
1.2.5 在检测和分离中的应用
1.3 纳米颗粒两相流的特殊性与复杂性
1.3.1 特殊性
1.3.2 复杂性
1.4 纳米颗粒两相流的部分研究进展
1.4.1 理论研究
1.4.2 实验研究
1.4.3 数值模拟
参考文献
第2章 纳米颗粒两相流的基本研究方法
2.1 颗粒运动分析方法
2.1.1 牛顿阻力
2.1.2 Stokes阻力及其Cunningham修正
2.1.3 分子动力学理论
2.1.4 扩散特性分析
2.1.5 沉积特性分析
2.1.6 颗粒相对连续介质相动量方程的影响
2.2 颗粒通用动力学方程求解方法
2.2.1 矩方法
2.2.2 分区方法
2.2.3 蒙特卡罗方法
2.3 格子Boltzmann方法
2.3.1 简介
2.3.2 格子Boltzmann方法原理
2.3.3 格子模型
2.3.4 边界条件
2.3.5 格子Boltzmann方法在颗粒两相流中的应用
2.4 格子Boltzmann-虚拟区域方法
2.4.1 虚拟区域方法
2.4.2 直接力作用方法
2.4.3 格子Boltzmann-直接力作用/虚拟区域方法
2.5 大涡模拟方法
2.5.1 脉动的过滤
2.5.2 控制方程
2.5.3 常用的亚格子模型
参考文献
第3章 泰勒展开矩方法及颗粒的布朗凝并
3.1 概述
3.2 理论推导
3.2.1 自由分子区的颗粒布朗凝并
3.2.2 连续介质区的颗粒凝并
3.2.3 近连续介质区的颗粒凝并
3.2.4 全区间的颗粒凝并
3.3 计算结果及分析
3.3.1 自由分子区的颗粒布朗凝并
3.3.2 连续介质区的颗粒布朗凝并
3.3.3 全区间的颗粒凝并
参考文献
第4章 混合层与平面射流场中纳米颗粒分布的演变
4.1 混合层纳米颗粒两相流场颗粒的晶核化与凝并
4.1.1 基本方程
4.1.2 计算方法和条件
4.1.3 计算结果与讨论
4.2 平面淹没约束射流纳米颗粒两相流场的晶核化与颗粒凝并
4.2.1 基本方程
4.2.2 计算方法和条件
4.2.3 计算结果与讨论
4.3 平面射流纳米颗粒两相流场颗粒的凝并
4.3.1 基本方程
4.3.2 计算方法和条件
4.3.3 计算结果与讨论
4.4 平面淹没射流纳米颗粒两相流场颗粒的凝并与破碎
4.4.1 基本方程
4.4.2 泰勒展开矩方法的应用
4.4.3 方程的量纲为一化
4.4.4 计算方法和条件
4.4.5 计算结果与讨论
4.5 平面冲击射流纳米颗粒两相流场
4.5.1 基本方程
4.5.2 计算方法和条件
4.5.3 计算结果与讨论
参考文献
第5章 圆射流场中纳米颗粒分布的演变
5.1 单个圆射流纳米颗粒两相流场颗粒的演变
5.1.1 基本方程和模型
5.1.2 计算方法和条件
5.1.3 计算结果与讨论
5.2 平行双圆射流纳米颗粒两相流场颗粒的演变
5.2.1 基本方程
5.2.2 计算结果与讨论
5.3 平行双圆冲击射流纳米颗粒两相流场颗粒的演变
5.3.1 基本方程
5.3.2 流场与计算参数
5.3.3 计算结果与讨论
参考文献
第6章 矩形槽道中纳米颗粒的输运和沉积特性
6.1 二维槽道内纳米颗粒两相流场颗粒的演变
6.1.1 基本方程
6.1.2 计算参数和计算条件
6.1.3 计算结果与讨论
6.2 二维矩形槽道内纳米颗粒两相湍流场颗粒的演变
6.2.1 基本方程与表达式
6.2.2 计算条件和基本参数
6.2.3 计算结果与讨论
6.3 弯曲方管内纳米颗粒两相湍流场颗粒的演变
6.3.1 基本方程
6.3.2 参数定义
6.3.3 计算方法及验证
6.3.4 计算结果与讨论
参考文献
第7章 圆管中纳米颗粒的输运和沉积特性
7.1 直圆管
摘要与插图
第1章 绪论对纳米颗粒两相流的研究是多相流研究的一个分支。本章介绍颗粒直径与密度的基本描述、纳米颗粒两相流的普遍性及应用、纳米颗粒两相流的特殊性与复杂性以及纳米颗粒两相流的部分研究进展。
1.1 颗粒直径与密度的基本描述
通常根据颗粒的直径将颗粒分为三个区域：一是核模式区，又称Aitken区，该区内的颗粒直径小于50nm，如光化学烟雾中的硫酸盐和硝酸盐粒子；二是积累模式区，该区内的颗粒直径介于50nm 和2mm 之间，如直接燃烧生成的含碳颗粒物；三是粗模式区，该区内的颗粒直径大于2mm。在不同情况下，不同直径的颗粒所占的比例也不同，图1.1是通常情况下空气中不同直径的颗粒所占的比例。由该图可见，核模式区的颗粒数量比其他两个区域大很多，但积累模式区内的颗粒质量则占高的比例。此外，在不同行业领域中，不同直径的颗粒也有一些特殊的名称，如在工业排放标准中，把直径小于10mm（PM10）的颗粒称为粗重颗粒，小于2.5mm（PM2.5）的颗粒称为精细颗粒，小于0.1mm 的颗粒称为超精细颗粒，小于0.05mm 的颗粒称为纳米颗粒。关于纳米颗粒的定义并不统一，有的将直径为0.1～1mm 的颗粒称为亚微米颗粒，0.1mm 以下的颗粒称为纳米颗粒；有的将1mm以下的颗粒称为纳米颗粒；本书涉及的纳米颗粒主要是1mm 以下的颗粒。颗粒直径、数密度和质量密度分布是纳米颗粒两相流中本也是要的分布。
1.2 纳米颗粒两相流的普遍性及应用
纳米颗粒两相流在自然界中极为常见。同时，纳米颗粒两相流在工业等多个领域有着广泛的应用，以下给出几种典型的情况。
1.2.1 大气中的纳米颗粒
飘浮在空气中的云、弥漫在城市中的雾和霾等都是悬浮在空气中的固体或液体颗粒，通常也称为气溶胶。气溶胶一方面能产生美丽壮观的自然景象，另一方面也带来了严重的污染。大气中的颗粒物主要由硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳以及其他悬浮颗粒物构成。硫氧化物主要是二氧化硫这种无色有毒的气体；氮氧化物主要指一氧化氮和二氧化氮；碳氢化合物主要指有机烃类；悬浮颗粒物通常指烟、尘、雾、霾等。
大气中的颗粒物主要有自然来源和人为来源两类。
自然来源主要由以下几个因素构成：一是地面扬尘，大风吹过地面时，将地面上的沙粒、尘埃以及其他颗粒吹入空气中并悬浮着；二