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第1章 绪论1

1.1颗粒直径与密度的基本描述1

1.2纳米颗粒两相流的普遍性及应用2

1.2.1大气中的纳米颗粒2

1.2.2可吸入颗粒及其对人体的危害3

1.2.3添加纳米颗粒强化传热3

1.2.4纳米材料的制备4

1.2.5在检测和分离中的应用5

1.3纳米颗粒两相流的特殊性与复杂性6

1.3.1特殊性6

1.3.2复杂性7

1.4纳米颗粒两相流的部分研究进展7

1.4.1理论研究7

1.4.2实验研究10

1.4.3数值模拟11

参考文献14

第2章 纳米颗粒两相流的基本研究方法23

2.1颗粒运动分析方法23

2.1.1牛顿阻力23

2.1.2 Stokes阻力及其Cunningham修正24

2.1.3分子动力学理论26

2.1.4扩散特性分析26

2.1.5沉积特性分析27

2.1.6颗粒相对连续介质相动量方程的影响28

2.2颗粒通用动力学方程求解方法30

2.2.1矩方法31

2.2.2分区方法35

2.2.3蒙特卡罗方法36

2.3格子Boltzmann方法37

2.3.1简介37

2.3.2格子Boltzmann方法原理37

2.3.3格子模型40

2.3.4边界条件41

2.3.5格子Boltzmann方法在颗粒两相流中的应用46

2.4格子Boltzmann-虚拟区域方法48

2.4.1虚拟区域方法48

2.4.2直接力作用方法49

2.4.3格子Boltzmann-直接力作用／虚拟区域方法50

2.5大涡模拟方法51

2.5.1脉动的过滤51

2.5.2控制方程52

2.5.3常用的亚格子模型53

参考文献55

第3章 泰勒展开矩方法及颗粒的布朗凝并63

3.1概述63

3.2理论推导64

3.2.1自由分子区的颗粒布朗凝并66

3.2.2连续介质区的颗粒凝并68

3.2.3近连续介质区的颗粒凝并69

3.2.4全区间的颗粒凝并70

3.3计算结果及分析72

3.3.1自由分子区的颗粒布朗凝并72

3.3.2连续介质区的颗粒布朗凝并75

3.3.3全区间的颗粒凝并77

参考文献90

第4章 混合层与平面射流场中纳米颗粒分布的演变94

4.1混合层纳米颗粒两相流场颗粒的晶核化与凝并94

4.1.1基本方程94

4.1.2计算方法和条件98

4.1.3计算结果与讨论99

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104

4.2.1基本方程104

4.2.2计算方法和条件105

4.2.3计算结果与讨论106

4.3平面射流纳米颗粒两相流场颗粒的凝并112

4.3.1基本方程112

4.3.2计算方法和条件114

4.3.3计算结果与讨论115

4.4平面淹没射流纳米颗粒两相流场颗粒的凝并与破碎121

4.4.1基本方程121

4.4.2泰勒展开矩方法的应用123

4.4.3方程的量纲为一化124

4.4.4计算方法和条件125

4.4.5计算结果与讨论125

4.5平面冲击射流纳米颗粒两相流场132

4.5.1基本方程133

4.5.2计算方法和条件136

4.5.3计算结果与讨论136

参考文献141

第5章 圆射流场中纳米颗粒分布的演变145

5.1单个圆射流纳米颗粒两相流场颗粒的演变145

5.1.1基本方程和模型145

5.1.2计算方法和条件148

5.1.3计算结果与讨论149

5.2平行双圆射流纳米颗粒两相流场颗粒的演变153

5.2.1基本方程153

5.2.2计算结果与讨论155

5.3平行双圆冲击射流纳米颗粒两相流场颗粒的演变163

5.3.1基本方程163

5.3.2流场与计算参数165

5.3.3计算结果与讨论166

参考文献174

第6章 矩形槽道中纳米颗粒的输运和沉积特性177

6.1二维槽道内纳米颗粒两相流场颗粒的演变177

6.1.1基本方程177

6.1.2计算参数和计算条件179

6.1.3计算结果与讨论180

6.2二维矩形槽道内纳米颗粒两相湍流场颗粒的演变185

6.2.1基本方程与表达式187

6.2.2计算条件和基本参数190

6.2.3计算结果与讨论191

6.3弯曲方管内纳米颗粒两相湍流场颗粒的演变194

6.3.1基本方程195

6.3.2参数定义197

6.3.3计算方法及验证198

6.3.4计算结果与讨论199

参考文献203

第7章 圆管中纳米颗粒的输运和沉积特性207

7.1直圆管中纳米颗粒两相流场颗粒的输运与沉积207

7.1.1主要作用力与方程208

7.1.2流场及计算条件209

7.1.3计算结果与讨论211

7.2直圆管中纳米颗粒两相流场颗粒的布朗凝并220

7.2.1流场描述220

7.2.2颗粒基本方程221

7.2.3计算结果与讨论222

7.3弯曲圆管中纳米颗粒两相流场颗粒的输运和沉积228

7.3.1控制方程229

7.3.2摄动解方法231

7.3.3沉积效率234

7.3.4计算结果与讨论234

7.4弯曲圆管中纳米颗粒两相流场颗粒的凝并与分布243

7.4.1基本方程244

7.4.2计算方法及验证245

7.4.3计算结果与讨论246

7.5旋转弯曲圆管中纳米颗粒两相流场颗粒的分布特性253

7.5.1控制方程253

7.5.2计算方法及验证256

7.5.3计算结果与讨论257

参考文献264

第8章 汽车尾气纳米颗粒的生成与扩散267

8.1研究动态概述267

8.2二元均质晶核化相关理论269

8.2.1基本方程269

8.2.2颗粒演变的物理模型271

8.3计算方法及条件274

8.3.1泰勒展开矩方法274

8.3.2流场及计算条件275

8.4计算结果与讨论276

8.4.1泰勒展开矩方法计算结果验证276

8.4.2实验验证280

8.4.3瞬态分析281

8.4.4时均分析282

参考文献287

第9章 燃烧法生成二氧化钛纳米凝并体颗粒291

9.1研究动态概述291

9.2相关理论与方程293

9.2.1化学动力学理论与方程293

9.2.2燃烧动力学理论与方程294

9.3计算方法及条件299

9.4计算结果与讨论300

9.4.1燃烧流场结构及实验验证300

9.4.2凝并体颗粒尺度分布特性分析302

9.4.3凝并体内原始小颗粒动力学特性分析305

9.4.4凝并体形状特性分析306

9.4.5凝并体间的碰撞特性308

参考文献309

第10章 非稀相及双峰直径分布纳米颗粒的布朗凝并312

10.1非稀相纳米颗粒的布朗凝并研究概述312

10.2 Smoluchowski理论及其求解方法314

10.2.1考虑颗粒体积率情况下的渗透压力317

10.2.2考虑颗粒体积率时的Stokes阻力320

10.2.3单一尺度颗粒浓相系统颗粒的扩散及其颗粒碰撞频率322

10.2.4多颗粒尺度浓相系统颗粒的碰撞323

10.3非稀相纳米颗粒布朗凝并的计算结果及讨论325

10.4双峰直径分布纳米颗粒布朗凝并研究概述327

10.5双峰颗粒直径分布的矩方程328

10.6双峰颗粒直径分布颗粒凝并计算结果及讨论333

10.6.1计算参数333

10.6.2自由分子区双峰分布颗粒布朗凝并334

10.6.3近连续介质区双峰分布的颗粒布朗凝并336

10.6.4自由分子区和过渡区双峰分布的颗粒布朗凝并338

10.6.5自由分子区和近连续介质区双峰分布的布朗凝并338

参考文献341

第11章 具有分形结构的纳米颗粒凝并体系统344

11.1研究概述344

11.1.1颗粒形态的分形描述345

11.1.2凝并体的凝并及破碎347

11.2理论模型348

11.2.1自由分子区的矩方程348

11.2.2连续-近连续介质区的矩方程350

11.2.3全尺度空间的矩方程353

11.3计算结果及讨论355

11.3.1计算方法和条件355

11.3.2计算方法与验证356

11.3.3过渡区内凝并体动力学分析356

11.3.4自由分子区凝并体动力学分析360

11.3.5连续-近连续介质区动力学分析363

11.3.6计算效率分析368

11.4湍流场中的分形结构凝并体系统369

11.4.1研究背景369

11.4.2拟单相系统控制方程371

11.4.3离散系统动力学分析374

参考文献379

附录1384

附录2387

常用基本符号说明389