風揚粉塵：近地層湍流與氣固兩相流 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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顧兆林 著

圖書標籤:

• 湍流
• 氣固兩相流
• 近地層大氣
• 粉塵傳輸
• 大氣邊界層
• 氣象學
• 環境科學
• 數值模擬
• 顆粒物
• 風沙動力學

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030281258

版次：1

商品编码：10003486

包装：精装

开本：16开

出版时间：2010-07-01

页数：331

正文语种：中文

內容簡介

　　《風揚粉塵：近地層湍流與氣固兩相流》結閤西北乾旱、半乾旱地區的地錶特徵，將粉塵活動過程作為近地層湍流及氣固兩相流行為來研究，介紹瞭植被層湍流的大渦模擬方法及數值模擬，以揭示大氣湍流對植被層的熱/動力響應機製，闡述瞭氣固兩相流數學模型及塵捲風的揚沙過程模擬，提齣瞭風沙運動的顆粒動力學離子溫差轉移機製及相應的風－沙－電的耦閤力學模型，為理解大氣邊界層內的粉塵活動過程研究提供瞭新的角度。相比於氣象學研究方法，《風揚粉塵：近地層湍流與氣固兩相流》在微小尺度上，介紹瞭近地層植被層空氣流場、沙粒與流場的相互作用以及沙粒靜電起電機製等方麵的數學建模及模擬，研究瞭風揚粉塵氣固兩相流的數學模型及多相流體力學理論。
　　《風揚粉塵：近地層湍流與氣固兩相流》可供從事乾旱、半乾旱地區的風沙研究，城市大氣環境研究的風沙物理學、地理科學、大氣科學等方麵的科技工作者，以及高等院校有關專業師生參考，也可供從事計算流體力學和多相流研究的科技工作者參考。

內頁插圖

目錄

序
前言
第1章 緒論
1.1 風揚粉塵的形式及分類
1.1.1 沙塵天氣
1.1.2 塵捲風
1.2 粉塵活動的沙粒荷電及靜電場
1.3 風揚粉塵研究概述
1.3.1 沙塵天氣中尺度模擬
1.3.2 風沙物理學
1.3.3 塵捲風的觀測與數值模擬
1.4 風沙運動研究亟待解決的相關問題
1.4.1 粉塵活動過程的氣固兩相流
1.4.2 近地層大氣湍流的模擬
1.4.3 沙塵天氣數值預報的沙塵通量參數化
1.4.4 沙塵天氣及粉塵活動過程研究的一些科學問題
1.5 本書的結構與指導思想
參考文獻

第2章 風沙運動物理機製與風沙流
2.1 風沙地貌及植被層粗糙度
2.2 風沙運動的天氣及熱力條件
2.2.1 黑風暴和塵捲風的一種動力觸發機製
2.2.2 大範圍揚塵／揚沙的大氣動力機製
2.3 粉塵的啓動、搬運與沉積
2.3.1 沙粒的懸移運動
2.3.2 沙粒的起動
2.3.3 沙粒的躍移及風沙流
2.3.4 風沙流的靜電場
2.3.5 粉塵沉積
2.4 結語
參考文獻

第3章 風沙運動氣固兩相流基礎
3.1 沙粒及沙粒群的幾何性質
3.1.1 單顆粒的基本幾何特徵
3.1.2 顆粒群的粒度分布與平均當量直徑
3.2 氣固兩相流的數學模型
3.2.1 兩相流基本數理模型
3.2.2 雙流體模型通用控製方程組
3.2.3 氣固兩相層流運動控製方程組
3.2.4 氣固兩相湍流運動控製方程組
3.3 風沙運動的氣固兩相分層流動模型
3.4 結語
參考文獻

第4章 大渦模擬數學模型及方程組
4.1 大渦模擬方法在大氣邊界層的應用
4.2 Navier-Stokes(N－S)方程組
4.3 大渦模擬的數學模型
4.3.1 大渦模擬的湍流理論基礎
4.3.2 大渦模擬的基本方法
4.3.3 大渦模擬控製方程組及封閉
4.3.4 常見亞格子模式
4.3.5 大渦模擬的極限性質
4.3.6 常見亞格子模式的比較
4.4 亞格子脈動有效特徵尺度及其改進亞格子模式
4.4.1 亞格子脈動特徵尺度
4.4.2 亞格子脈動有效特徵尺度
4.4.3 改進Sagaut混閤尺度模式
4.4.4 算例
4.5 分區並行計算
4.5.1 並行平颱
4.5.2 分區並行算法的實現和內邊界處理
4.6 結語
參考文獻

第5章 近地層大氣湍流的大渦模擬
5.1 近地層大氣湍流研究概述
5.2 近地層中性層結的數值模擬
5.2.1 中性近地層湍流的經典理論
5.2.2 中性近地層湍流的大渦模擬
5.3 植被層參數化模式
5.3.1 Belcher下墊麵粗糙單元阻力源項模式
5.3.2 Shaw植被層源項模式
5.3.3 Massman植被層模式
5.3.4 Ayotte植被層模式
5.3.5 幾種植被層模式的比較
5.4 均勻植被層湍流的模擬
5.4.1 植被湍流模擬數學模型
5.4.2 平均風速廓綫
5.4.3 亞格子脈動的特徵尺度修正係數
5.4.4 植被層的湍流統計量
5.4.5 均勻植被層的零位移厚度
5.5 條帶狀均勻植被層湍流的模擬
5.5.1 條帶狀均勻植被層的結構及參數
5.5.2 計算區域、初始條件和邊界條件
5.5.3 平均流嚮風速
5.5.4 風速等值綫
5.5.5 條帶狀均勻植被層的湍流統計量
5.5.6 零位移厚度
5.6 結語
參考文獻

第6章 塵捲風的物理機製及流場模擬
6.1 塵捲風形成的物理機製
6.2 塵捲風演化的數學模型及模擬
6.2.1 引言
6.2.2 CBL尺度的大渦模擬
6.2.3 塵捲風尺度的大渦模擬
6.3 塵捲風尺度的準靜態模型及模擬
6.3.1 塵捲風模擬的準靜態模型
6.3.2 不同地麵處理方法的塵捲風流場
6.3.3 不同環境參數下的塵捲風流場
6.4 結語
參考文獻

第7章 塵捲風揚塵顆粒軌道模型及模擬
7.1 顆粒相稀相的單顆粒軌道模型
7.2 顆粒碰撞與離散單元法(DEM)
7.2.1 顆粒間接觸力模型
7.2.2 DEM運動方程及算法
7.2.3 搜索算法及其改進
7.3 CFD－DEM控製方程及求解
7.4 粗糙顆粒及離散單元模型的修正
7.5 顆粒傳熱離散單元法(TDEM)
7.6 塵捲風揚塵的模擬
7.7 結語
參考文獻

第8章 風沙運動靜電場起電機製及模擬
8.1 顆粒動力學靜電起電機製
8.2 沙粒帶電的動力學模型
8.3 分散性沙粒係統的帶電過程模擬
8.3.1 數值模擬
8.3.2 相對濕度與靜電場變化
8.4 風沙運動靜電場模擬
8.5 結語
參考文獻

第9章 沙塵天氣的中尺度模擬基礎
9.1 沙塵天氣中尺度模擬概述
9.2 中尺度模擬的起沙模式與參數化
9.3 沙塵天氣中尺度模擬的問題與改進
9.3.1 沙塵天氣中尺度模式
9.3.2 沙塵天氣的揚塵機製
9.4 沙塵天氣中尺度模擬展望
參考文獻

精彩書摘

　　1.4.2 近地層大氣湍流的模擬
　　深刻理解各種尺度的大氣環境問題，如沙塵暴的揚沙過程、塵捲風及其對大氣懸浮物的貢獻、汙染物的擴散、城市邊界層與熱島效應、城市小區環境綜閤評估、綠洲冷島效應、非均勻植被層下的近地層大氣湍流等，需要對復雜下墊麵近地層（near-surface layer，NSL）大氣湍流流動特性作更深入的理解。利用各種中尺度模式，以及許多從中尺度模式延伸而來的小尺度模式，無法直接模擬植被層高度內的風速分布，降低瞭預測判斷沙塵暴以及汙染物擴散的能力。
　　大氣的熱量和水分主要來源於下墊麵，動量主要來源於上層氣流的運動，動量輸送到低層以補償摩擦消耗的動能，整體大緻呈剪切流動。下墊麵的變化傳遞到大氣邊界層（air boundary layer，ABL）頂的過程受鏇渦的空間和時間尺度的影響。邊界層內的平均垂直氣流很小，一般是由大尺度天氣過程的流場輻閤、輻散引起，受下墊麵影響也可産生較強的垂直氣流。影響垂直運動的特徵稱為大氣的靜力穩定度，或層結穩定度。按大氣層結穩定度的不同可將大氣邊界層粗略劃分為對流、中性和穩定層結。近地層的基本特徵取決於地麵和大氣之間的動力和熱力相互作用。近地層的大氣有明顯的湍流特徵，湍流黏性遠遠大於分子黏性。由於地麵阻礙空氣的垂直交換，大尺度湍流各嚮異性，氣象要素的垂直梯度越靠近地麵越大。
　　植被層是陸地下墊麵具有普遍性、特殊性、多樣性的重要影響因素。對於中國西北乾旱、半乾旱地區，植被覆蓋稀疏，是一種所謂的非均勻下墊麵狀態。非均勻下墊麵狀態是近地層大氣湍流的一個重要影響因素。植被層本身由於植物種類、生長狀態和分布不均而存在巨大差異，許多方麵未被充分認識。研究錶明，均勻／非均勻植被層的存在改變瞭近地層大氣平均風速的垂直分布，即使植被層的地錶覆蓋率低至3％，也能使植被層高度以下的平均風速垂直分布明顯偏離對數分布。

前言/序言

　　源於西北乾旱、半乾旱地區的粉塵活動（風揚粉塵）是西北地區土壤風蝕的結果，揚塵、揚沙和塵捲風，乃至塵暴、強沙塵暴事件不時發生，對其他地區的環境質量有重要影響。認識粉塵活動的形成過程和機製是西部環境係統的演化及未來趨勢研究的關鍵科學問題之一。
　　能夠啓動和搬運地錶粉塵的風係統發生在不同的氣象條件下，並且具有各種尺度。每年的春季或鞦季，鋒麵低壓過境可能是大範圍揚沙的主要原因，粉塵經常被冷鋒前或後的大風揚起，而且高空急流在粉塵搬運中起著重要的作用。通常塵暴天氣是一個中尺度天氣過程。在非塵暴事件多發期（如夏季、鞦季），大氣邊界層內粉塵活動也很頻繁，通常以塵捲風的形式齣現；塵捲風可以在微風，甚至無風條件下生成，是微小尺度天氣過程。因此，風揚粉塵是一個復雜的粉塵活動現象，而且塵捲風、沙塵暴等大氣邊界層內的粉塵活動（又稱風沙運動）是一個非綫性、多場耦閤的氣固兩相流體力學問題，沙粒作為分散相具有非均勻的直徑分布；地錶粉塵從地麵到空中經曆瞭稀相和濃相復雜流動。特彆是粉塵顆粒間的不對稱摩擦起電産生靜電場，反過來對顆粒運動又産生影響。
　　粉塵活動研究的核心問題是要理解沙塵天氣、塵捲風等形成的物理機製，並定量描述風沙的分布、強度、輸送與沉降。風沙物理學是研究各種風沙現象的規律和形成的物理機製及其利用與控製原理的科學，是介於沙漠科學、物理學之間的交叉科學。國際上，一般將拜格諾（Bagnold R A）於1941年齣版的The Physics of Blown Sand and Desert Dunes（《風沙和荒漠沙丘物理學》，錢寜、林秉南譯，科學齣版社，1959）作為風沙物理學誕生的標誌。拜格諾將風沙運動按沙粒離開地麵的程度進行瞭分類：在地錶滾動的沙粒蠕移運動；在近地風沙流層內沙粒離開地麵的躍移運動；離開地麵升空形成塵埃或懸浮於空中的懸移運動。
　　自20世紀50年代開始，我國開展瞭沙漠科學考察與治沙試驗中的風沙地貌研究。90年代以來，我國的科學傢以“沙漠化”為對象開展多學科綜閤研究與防治實踐，圍繞風沙活動及其危害問題，開展風沙運動規律、沙漠環境及其演變、沙漠化（含沙塵暴）過程及防治研究，為沙漠與沙漠化地區生態環境和重大工程建設提供理論依據和技術支撐，代錶性著作有《實驗風沙物理與風沙工程學》（劉賢萬，科學齣版社，1995）、《治沙工程學》（硃震達、趙興梁、淩裕泉等，中國環境科學齣版社，1998）和《風沙地貌與治沙工程學》（吳正等，科學齣版社，2003）等。

好的，以下是一本不同內容的圖書簡介，聚焦於一個完全不同的領域，旨在提供詳盡且專業的描述： --- 圖書名稱： 《古代文明的密碼：探尋失落的文字與符號係統》 作者： [此處填寫虛構的專傢姓名，例如：伊萊亞斯·範德比爾特] 齣版社： [此處填寫虛構的齣版社名稱，例如：寰宇學術齣版社] 內容簡介 在人類曆史的長河中，無數輝煌的文明如流星般劃過天際，留下瞭令人驚嘆的物質遺存。然而，要真正理解這些先驅者的思想、信仰與社會結構，我們必須破譯他們留下的書寫係統——那些沉默的符號，是通往過去世界的唯一鑰匙。《古代文明的密碼：探尋失落的文字與符號係統》是一部深入剖析史前及古代社會文字起源、演變與消亡的權威性著作。本書不僅是一本文獻學的綜述，更是一次跨學科的智力探險，帶領讀者穿越美索不達米亞的泥闆檔案、埃及的象形石碑、瑪雅的叢林神廟，直至那些至今仍籠罩在謎團中的符號群落。 本書的結構嚴謹，內容涵蓋瞭從史前岩畫嚮成熟文字過渡的關鍵階段，以及不同文明獨立發展齣書寫係統的復雜路徑。作者首先構建瞭一個基礎的符號學框架，探討瞭“記事性符號”與“錶音性文字”之間的理論鴻溝，並詳細分析瞭早期楔形文字（Cuneiform）如何從單純的經濟記錄演變為記錄文學、法律和宗教文本的復雜工具。我們追蹤瞭蘇美爾人的行政管理實踐，探討瞭這些實踐如何催生瞭世界上最早的係統性記錄方式，以及它在阿卡德帝國擴張中所扮演的關鍵角色。 隨後，全書的視角轉嚮尼羅河畔。在對古埃及象形文字（Hieroglyphs）的探討中，本書超越瞭流行的文化解讀，深入挖掘瞭聖書體的結構、書寫媒介的演變（從莎草紙到石棺的銘文），以及祭司階層對文字知識的壟斷如何影響瞭法老的統治閤法性。特彆值得一提的是，書中對“林業文字”（Hieratic）和“世俗體”（Demotic）的詳細比較分析，揭示瞭書寫效率與社會需求之間微妙的平衡關係。 本書的核心章節之一，緻力於那些尚未被完全破譯的係統。作者以批判性的眼光審視瞭印度河流域文明（Indus Valley Civilization）的印章文字（Indus Script）。不同於多數試圖強行解讀的嘗試，本書著重分析瞭該文字在考古語境中的分布特徵、符號的重復率和組閤模式，提齣瞭其可能是一種非語言性的、側重於所有權或身份識彆的符號係統而非完整的錶音文字的假設。 在美洲大陸，我們麵對的是另一種截然不同的書寫哲學。本書詳細考察瞭中美洲的復雜符號係統，特彆是瑪雅的“音節文字”（Logo-syllabic System）。通過對伯納德·考特斯（Bernard Coe）和尤裏·剋諾羅佐夫（Yuri Knorozov）開創性工作的繼承與發展，書中係統闡述瞭如何利用現存的抄本（如《德纍斯頓抄本》）和碑文，重建其曆法、創世神話以及王朝世係。對奧爾梅剋（Olmec）及薩波特剋（Zapotec）早期符號的分析，則將視野擴展到瑪雅文字齣現之前的區域性文化交流與信息傳遞方式。 此外，本書並未忽視那些“邊緣”或“失落的”書寫嘗試。從剋裏特島的“綫形文字A”（Linear A）——一個至今仍晦澀難懂的謎團，到被認為是某種早期文字雛形的愛琴海地區的其他符號，作者細緻地梳理瞭這些未解之謎的證據鏈，探討瞭它們與後世文字體係可能存在的聯係或純粹的獨立性。 《古代文明的密碼》的特色在於其方法論的嚴謹性。它強調文字的物質性——紙張、泥闆、石頭對書寫實踐的影響，以及宗教、政治權力和經濟交易對符號係統選擇的決定性作用。本書不僅是曆史學傢、考古學傢和語言學傢的重要參考，對於任何對人類認知發展、信息編碼和文明持久性感興趣的普通讀者而言，它都是一本極具啓發性與可讀性的指南，揭示瞭我們祖先如何第一次將思想固化於物質載體之上，從而得以超越時間和空間的限製。 關鍵主題包括： 楔形文字的演進：從記賬到史詩的飛躍。 埃及象形文字的儀式性與行政效率的衝突。 印章文字的符號學睏境與功能性推測。 中美洲音節文字的數學與天文基礎。 未破譯文字的解碼策略與局限性分析。 文字在早期國傢形成中的社會心理學功能。 ---

评分☆☆☆☆☆

我之所以會選擇這本書，很大程度上是被它的“兩相流”概念所吸引。之前讀過一些關於流體力學的書籍，但大多集中在單相流，也就是液體或者氣體單獨的流動。而“氣固兩相流”，聽起來就充滿瞭挑戰性和趣味性。它意味著要同時考慮氣體和固體顆粒在運動中的相互作用，這在現實世界中是普遍存在的現象，比如空氣中的汙染物顆粒、工業生産中的催化劑顆粒、甚至是在太空中的小行星塵埃。這本書就像一個百科全書，詳細地介紹瞭氣固兩相流的各個方麵，從理論模型到實驗方法，再到實際應用。我尤其對書中關於顆粒在湍流中的擴散和輸運的章節印象深刻。作者通過生動的比喻和形象的圖示，將那些復雜的數學方程轉化為瞭易於理解的物理過程。我曾經有過這樣的疑問：為什麼有些煙霧能夠迅速擴散，而有些粉塵卻能長時間懸浮在空中？讀完這本書，我找到瞭答案，也明白瞭其中涉及到的各種力學原理。它讓我意識到，科學研究並不僅僅是枯燥的公式和數據，更是對自然現象的深刻洞察和精準描述。

评分☆☆☆☆☆

《風揚粉塵》這本書，從一個讀者的角度來看，它提供瞭一個非常全麵且深入的視角來理解近地層大氣的復雜性。書中對於“湍流”的闡述，不僅僅是停留在概念的介紹，更是對其生成機理、能量傳遞方式以及在不同尺度下的錶現形式進行瞭細緻的分析。我能夠感受到作者在文字中傾注的嚴謹和耐心，仿佛在引導我一步步揭開大氣的神秘麵紗。而“氣固兩相流”的章節，更是讓我大開眼界。我之前對粉塵的認識，大多停留在“髒”的層麵，但這本書讓我看到瞭粉塵在空氣中運動的規律性，以及它如何與空氣産生復雜的相互作用。書中提到的顆粒碰撞、沉降、懸浮等過程，都經過瞭精密的物理學解釋。我腦海中浮現齣很多實際場景，比如建築工地的揚塵，汽車尾氣中的顆粒物，甚至是一些生態環境的變化，都與氣固兩相流有著密切的關係。這本書讓我開始思考，那些看似平凡的現象背後，隱藏著多麼深刻的科學原理，以及這些科學原理對於我們認識和改造世界的重要性。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計確實很吸引人，深邃的藍色背景，上麵仿佛有微弱的光暈在閃爍，讓人聯想到遙遠的星辰大海，也可能暗示著某種深邃的科學探索。標題“風揚粉塵”就充滿瞭畫麵感，一股力量正在掀起細小的顆粒，這讓我立刻聯想到在大自然中，風吹過荒漠，揚起滾滾沙塵的情景，那種壯闊而又充滿力量的景象。而“近地層湍流與氣固兩相流”則為這種畫麵注入瞭科學的理性，它告訴我們，這不僅僅是簡單的自然現象，背後隱藏著復雜的物理規律。我平時對科學類的書籍比較感興趣，尤其是一些能將抽象概念具象化的作品，這本書的標題和封麵設計恰恰做到瞭這一點。雖然我可能不是這個領域的專業人士，但我想通過閱讀這本書，能夠對我們賴以生存的大氣層，以及其中發生的那些看似微不足道卻影響巨大的現象，有更深入的理解。比如，風是如何形成的？湍流究竟是一種怎樣的運動狀態？粉塵在空氣中的運動軌跡又會受到哪些因素的影響？這些問題都讓我充滿瞭好奇。這本書似乎提供瞭一個窗口，讓我能夠窺探那些肉眼難以捕捉的微觀世界，感受科學的魅力，或許還能在其中發現一些日常生活中被忽略的有趣之處。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常吸引我，雖然主題是嚴謹的科學研究，但作者並沒有讓文字變得枯燥乏味。相反，我常常能在字裏行間感受到一種對科學的熱情和對自然現象的敬畏。尤其是在描述近地層湍流時，作者用瞭一些非常生動的比喻，將那些抽象的概念具象化，比如將湍流形容為“無休止的舞蹈”，或是將空氣的運動比作“看不見的河流”。這些描述讓我更容易産生代入感，仿佛自己也置身於那股湧動的氣流之中。而對於氣固兩相流的探討，書中更是詳盡地分析瞭不同尺寸、不同密度顆粒在不同風力條件下的運動軌跡，並且深入分析瞭這些運動對環境可能産生的影響。我甚至聯想到瞭很多實際生活中的問題，比如為什麼在山區更容易齣現空氣汙染？為什麼某些地區更容易發生揚塵天氣？這本書似乎都能給齣一些科學的解釋。總而言之，它不僅僅是一本專業書籍，更像是一次引人入勝的科學探索之旅，讓我對我們賴以生存的大氣層有瞭全新的認識。

评分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是它極大地擴展瞭我對“風”的認知邊界。我一直以為風就是空氣的流動，簡單直接，但這本書讓我明白，近地層的風遠比我想象的要復雜和精妙。湍流，這個詞在科學領域經常聽到，但具體是什麼樣子，它的能量是如何傳遞和耗散的，書中用大量細緻的描述和案例，讓我仿佛置身於其中，感受那無序卻又遵循某種規律的紊亂。更讓我驚嘆的是氣固兩相流的研究。我從未想過，那些微小的塵埃顆粒，在空氣的裹挾下，竟然會形成如此復雜的運動模式。書中的分析，從顆粒的尺寸、形狀，到空氣的密度、粘度，再到重力和各種阻力，每一個細節都考慮得如此周全。我能想象到，在研究沙塵暴、霧霾形成，甚至工業生産中的粉塵控製時，這些理論知識是多麼重要。這本書的邏輯性很強，從宏觀的近地層湍流特性，逐漸深入到微觀的氣固兩相流體動力學，層層遞進，讓我能夠一步步地掌握知識。雖然有些部分的數學推導和公式讓我有些吃力，但作者的講解還是很清晰的，努力讓我這個非專業讀者也能理解其精髓。

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封面脏，其他都好，送货很快

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包装很正规 发货速度也很快

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书的内容是风沙物理方面的，纸的质量不太满意

评分☆☆☆☆☆

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