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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1 384

附录2 387

常用基本符号说明 389