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序1

第1章　导论1

1.1　颗粒流体系统的重要性1

1.2　颗粒流体系统的复杂性及其多尺度结构2

1.3　现有模拟方法的不足4

1.4　多尺度方法介绍7

1.5　本书的结构和指导思想9

参考文献10

第2章　颗粒流体系统的基本概念12

2.1　基本现象12

2.2　流动结构中的非均匀性15

2.2.1　局部非均匀性15

2.2.2　整体非均匀性18

2.3　状态多值性22

2.4　耗散结构的性质23

2.5　流化系统中的术语25

2.6　颗粒流体两相流中的参数27

2.6.1　独立参数28

2.6.2　相关参数31

2.6.3　定性参数32

2.6.4　导出参数34

符号说明34

参考文献35

第3章　颗粒流体系统数值模拟的基础知识37

3.1　颗粒流体系统计算模型概述37

3.1.1　计算模型的分类与简介37

3.1.2　各类模型的特点及问题39

3.2　流体力学基本方程组40

3.2.1　预备知识41

3.2.2　Reynolds输运定理43

3.2.3　连续方程44

3.2.4　动量方程45

3.2.5　能量方程47

3.3.1　湍流的描述51

3.3　湍流模拟简介51

3.3.2　湍流时均模型52

3.3.3　模拟湍流的其他方法56

3.4　偏微分方程求解的数值方法58

3.4.1　网格化方法及离散化方法59

3.4.2　有限差分法61

3.4.3　有限体积法66

3.4.4　SIMPLE算法及其改进的算法69

3.5　颗粒动力学78

3.6　结束语83

符号说明83

参考文献85

第4章　能量最小多尺度模型87

4.1　概述87

4.2　EMMS模型的建立88

4.2.1　多尺度分析88

4.2.2　系统分解和能量分析90

4.2.3　流体动力学方程93

4.2.4　颗粒流体系统的稳定性条件99

4.2.5　EMMS模型101

4.3　EMMS模型的求解102

4.3.1　数值解103

4.3.2　解析解107

4.3.3　流动区域过渡113

4.3.4　最大空隙率的确定117

4.4　EMMS模型的扩展与应用121

4.4.1　轴向动力学122

4.4.2　径向动力学131

4.5　结束语135

符号说明136

参考文献138

第5章　双流体模型与EMMS模型的结合142

5.1　概述142

5.2　基本方程组144

5.2.1　推导过程144

5.2.2　基本方程的不同形式154

5.3　气固相应力的本构方程155

5.3.1　经验关联式156

5.3.2　颗粒动理学理论157

5.4　气固相间作用关系式160

5.4.1　实验关联方法160

5.4.2　平均化方法的不足和解决思路164

5.4.3　能量最小多尺度方法166

5.5　计算方法与商业软件175

5.6.1　鼓泡流化床的模拟177

5.6　模拟举例177

5.6.2　循环流化床的模拟179

5.7　结束语189

符号说明192

参考文献194

第6章　确定性颗粒轨道模型200

6.1　颗粒运动的研究概况201

6.1.1　悬浮过程201

6.1.2　碰撞过程204

6.2　流体运动的研究概况217

6.3　气固相间耦合关系的研究概况218

6.4　确定性颗粒轨道模型中数值计算技术的研究概况219

6.4.1　二维空隙率与三维空隙率转换关系的研究概况219

6.4.2　颗粒碰撞事件确定技术的研究概况221

6.5　颗粒碰撞模型的比较222

6.6　确定性颗粒轨道模型的应用示例223

6.6.1　数学模型224

6.6.2　数值方法229

6.6.3　模拟示例233

6.7　结束语242

符号说明243

参考文献245

第7章　拟颗粒模拟250

7.1　拟颗粒模拟提出的背景250

7.1.1　连续介质方法的局限性250

7.1.2　微观模拟方法的发展251

7.2.1　基本思想253

7.2　拟颗粒模型的建立253

7.2.2　模型的建立256

7.2.3　拟颗粒的物性估计258

7.2.4　模型的检验259

7.2.5　应用举例268

7.3　宏观拟颗粒模拟273

7.3.1　基本思想273

7.3.2　模型的检验与分析276

7.3.3　应用举例278

7.4　离散模拟的通用计算平台280

参考文献283

第8章　多尺度模拟方法的工业应用286

8.1　双循环变径提升管反应器的辅助设计286

8.1.1　计算条件和参数286

8.1.2　各段噎塞计算288

8.1.3　模拟计算结果及讨论291

8.2　浆态床运行参数和结构的优化299

8.1.4　小结299

8.2.1　气泡直径的预测300

8.2.2　实验结果验证304

8.2.3　环流反应器的结构优化305

8.2.4　小结308

8.3　磁力偏析布料装置的优化308

8.3.1　模拟方法及数学模型308

8.3.2　磁场布置方案及其磁场分布311

8.3.3　数值计算和实验结果与讨论312

8.3.4　新型偏析布料装置318

8.3.5　小结320

符号说明322

参考文献323

第9章　回顾与体会325

9.1　回顾325

9.2　对复杂系统研究的体会328

符号说明332

参考文献332