自驱动颗粒两相流体动力学：基于Squirmer模型 林建忠等 9787030844767

书名：自驱动颗粒两相流体动力学：基于Squirmer模型  
定价：298.0  
ISBN：9787030844767  
作者：林建忠等  
版次：1  
出版时间：2026-10  

内容提要：  

本书对基于Squirmer模型的自驱动颗粒两相流体动力学研究进行了系统的论述，说明了研究的背景和意义，回顾了相关的研究进展，给出了研究所涉及的基本理论与方法。在此基础上，具体介绍了以下七种情况下Squirmer的运动特性：无约束流场中杆状、圆形、椭球形Squirmer在牛顿流体、幂律流体、黏弹性流体中的运动；圆形、椭圆形Squirmer在牛顿流体简单剪切流场中的运动；多尺度圆形、椭圆形Squirmer在牛顿流体和幂律流体泊肃叶（Poiseuille）流中的运动；杆状、圆形Squirmer在光滑、粗糙、有速度滑移的壁面附近牛顿流体和幂律流体中的运动；圆形、椭圆、底重型圆Squirmer在牛顿流体和幂律流体中的沉降；Squirmer携物、哑铃构型Squirmer、多个Squirmer组合在牛顿流体、幂律流体和黏弹性流体中的运动；方腔内以及游经方腔的Squirmer被方腔捕获、Squirmer在含圆柱体通道的静止流场以及Poiseuille流中的捕获和拦截。

目录：  
目录  
前言  
常用基本符号说明  
第1章 绪论 1  
1.1 自驱动颗粒多相流的普遍性 1  
1.1.1 自然界中的自驱动颗粒多相流 1  
1.1.2 实际应用中的自驱动颗粒多相流 1  
1.2 自驱动颗粒多相流的复杂性 2  
1.2.1 系统的非平衡性 2  
1.2.2 自驱动方式的多样性 3  
1.2.3 流场特征的异常性 3  
1.3 自驱动颗粒多相流研究的必要性 3  
1.3.1 有助于加深对生物对自然环境选择合理性的理解 3  
1.3.2 有助于人造自驱动颗粒的设计 4  
1.3.3 有助于对人造自驱动颗粒的利用 4  
1.4 部分研究进展 4  
1.4.1 惯性对Squirmer运动特性的影响 5  
1.4.2 Squirmer在非牛顿流体中的运动 6  
1.4.3 Squirmer在壁面附近的运动 9  
1.4.4 Squirmer的沉降 14  
1.4.5 Squirmer的相互作用 16  
1.4.6 轴对称Squirmer的运动特性 19  
1.4.7 自驱动颗粒与被动颗粒的相互作用 22  
参考文献 24  
第2章 模型与数值模拟方法 37  
2.1 Squirmer游动模型 37  
2.1.1 Squirmer模型的基本原理 37  
2.1.2 三维球形Squirmer38  
2.1.3 二维圆形Squirmer39  
2.1.4 仅考虑切向速度的二维圆形Squirmer41  
2.1.5 仅考虑切向速度的椭圆形Squirmer42  
2.1.6 仅考虑切向速度的椭球形Squirmer44  
2.1.7 杆状Squirmer44  
2.2 幂律流体和部分黏弹性流体 45  
2.2.1 幂律流体 45  
2.2.2 黏弹性流体 46  
2.3 浸没边界–格子玻尔兹曼法 48  
2.3.1 LBM 48  
2.3.2 IB方法 50  
2.3.3 Squirmer运动的描述 51  
2.3.4 边界条件 52  
2.3.5 短程排斥力 58  
2.4 虚拟区域方法 62  
2.4.1 基本方程 62  
2.4.2 离散格式 64  
2.5 模型与数值模拟方法的验证 66  
2.5.1 被动颗粒在流场中的运动 66  
2.5.2 重力作用下被动颗粒的沉降 68  
2.5.3 Squirmer在流场中的运动 71  
2.5.4 槽道流中幂律流体的运动 73  
2.5.5 用FD方法计算椭球状Squirmer在牛顿流体中的运动 73  
参考文献 74  
第3章 无约束流场中Squirmer的运动特性 77  
3.1 杆状Squirmer在牛顿流体中的运动 77  
3.1.1 杆状Squirmer的速度和流场结构 77  
3.1.2 两个Squirmer质心间距 s 的影响 80  
3.1.3 Squirmer运动稳定性和远场速度 81  
3.1.4 Squirmer能量消耗和水动力效率 83  
3.1.5 小结 85  
3.2 单个圆形Squirmer在幂律流体中的运动 85  
3.2.1 边界处理和参数设置 86  
3.2.2 Pusher和Puller的运动速度 86  
3.2.3 流线及速度分布 88  
3.2.4 涡量分布 88  
3.2.5 升力系数和阻力系数 91  
3.2.6 能量消耗及水动力效率 94  
3.2.7 小结 96  
3.3 两个圆形Squirmer在幂律流体中的运动和相互作用 97  
3.3.1 边界处理和参数设置 97  
3.3.2 两个并行运动Squirmer的相互作用 97  
3.3.3 两个相向运动Squirmer的相互作用 101  
3.3.4 小结 105  
3.4 椭球形Squirmer在黏弹性流体中的运动 105  
3.4.1 流体惯性的影响 106  
3.4.2 流体惯性和弹性的共同影响 108  
3.4.3 作用在Squirmer上的力 113  
3.4.4 能量消耗和水动力效率 115  
3.4.5 小结 117  
参考文献 117  
第4章 简单剪切流场中Squirmer的运动特性 119  
4.1 惯性作用下单个圆形Squirmer的运动 119  
4.1.1 计算域长度的确定和方法验证 119  
4.1.2 初始条件对Squirmer运动的影响 120  
4.1.3 Squirmer雷诺数Res对Squirmer运动的影响 121  
4.1.4 流场雷诺数 e对Squirmer运动的影响 122  
4.1.5 阻塞率k的影响 123  
4.1.6 小结 124  
4.2 变流场剪切强度下单个圆形Squirmer的运动 125  
4.2.1 数值模拟方法验证 125  
4.2.2 Neutral的运动特性 126  
4.2.3 Puller的运动特性 127  
4.2.4 Pusher的运动特性 134  
4.2.5 小结 138  
4.3 单个椭圆形Squirmer的运动 139  
4.3.1 边界处理和参数设置 139  
4.3.2 数值模拟方法验证 139  
4.3.3 流线和速度分布 140  
4.3.4 Squirmer雷诺数 Res 的影响 141  
4.3.5 长径比 AR 的影响 146  
4.3.6 小结 147  
4.4 两个圆形Squirmer在牛顿流体中的运动 149  
4.4.1 参数设置 149  
4.4.2 Squirmer周围流场的压力分布 149  
4.4.3 Puller-Puller情形 150  
4.4.4 Pusher-Pusher情形 154  
4.4.5 Puller-Pusher情形 163  
4.4.6 Pusher-Puller情形 167  
4.4.7 自驱动强度β对Squirmer运动的影响 170  
4.4.8 小结 173  
参考文献 174  
第5章 Poiseuille 流中Squirmer的运动特性 176  
5.1 单个圆形Squirmer的运动 176  
5.1.1 参数定义和边界条件 176  
5.1.2 初始条件对Squirmer最终运动状态的影响 176  
5.1.3 Squirmer雷诺数 Res 对Squirmer运动的影响 177  
5.1.4 流场雷诺数 e对Squirmer运动的影响 182  
5.1.5 阻塞率k的影响 185  
5.1.6 小结 187  
5.2 两个不同尺度圆形Squirmer的运动 188  
5.2.1 参数定义和边界条件 188  
5.2.2 Squirmer运动模式 188  
5.2.3 两个Squirmer尺度比 DR 和自驱动强度β对运动模式的影响 192  
5.2.4 Squirmer雷诺数 Res 对运动模式的影响 195  
5.2.5 小结 198  
5.3 椭圆形Squirmer在牛顿流体中的运动 199  
5.3.1 边界处理和参数设置 199  
5.3.2 Squirmer的趋流性及其状态 199  
5.3.3 Squirmer的运动模式 201  
5.3.4 自驱动强度β对Squirmer运动的影响 203  
5.3.5Squirmer雷诺数Res对Squirmer运动的影响 206  
5.3.6 阻塞率k对Squirmer运动的影响 208  
5.3.7 两个Squirmer间相互作用对其运动的影响 211  
5.3.8 小结 212  
5.4 椭圆形Squirmer在幂律流体中的运动 213  
5.4.1 边界处理和参数设置 213  
5.4.2 碰撞模型刚度系数选择的依据 214  
5.4.3 两个Squirmer间初始垂直间距 Δh 的影响 215  
5.4.4 幂律指数n和Squirmer长径比 AR 的影响 219  
5.4.5 自驱动强度β和 Res 的影响 222  
5.4.6 小结 226  
参考文献 227  
第6章 壁面附近Squirmer的运动特性 229  
6.1 杆状Squirmer的运动 229  
6.1.1 参数定义和边界条件 229  
6.1.2 杆状Squirmer的基本运动状态和流场结构 230  
6.1.3 Squirmer雷诺数 Res 的影响 233  
6.1.4 构成杆状Squirmer的圆形Squirmer个数 i 的影响 236  
6.1.5 两个圆形Squirmer质心间距 s 的影响 237  
6.1.6 小结 239  
6.2 有限流体惯性下杆状Squirmer的运动 239  
6.2.1 参数定义和边界条件 240  
6.2.2 Squirmer的运动模式 240  
6.2.3 Squirmer周围流场的压力分布 242  
6.2.4 Squirmer雷诺数 Res 和自驱动强度β对运动模式的影响 244  
6.2.5 初始条件对运动模式的影响 245  
6.2.6 小结 246  
6.3 圆形Squirmer在幂律流体中的运动 246  
6.3.1 边界处理和参数设置 247  
6.3.2 幂律指数n对Squirmer运动的影响 247  
6.3.3 Squirmer所受力矩随时间的变化 250  
6.3.4 Squirmer周围流场流线与涡量分布 251  
6.3.5 Squirmer初始取向角对Squirmer运动的影响 253  
6.3.6 Squirmer初始位置h对Squirmer运动的影响 255  
6.3.7 Squirmer雷诺数Res对Squirmer运动的影响 257  
6.3.8 小结 260  
6.4 Squirmer在有滑移边界条件的近壁处运动 260  
6.4.1 参数设置以及模型和方法验证 261  
6.4.2 不同长径比AR下Squirmer的运动 261  
6.4.3 Puller与壁面之间的相互作用 263  
6.4.4 Pusher与壁面之间的相互作用 273  
6.4.5 小结 285  
6.5 Squirmer在粗糙壁面附近的运动 285  
6.5.1 粗糙度k对Puller速度的影响 286  
6.5.2 自驱动强度β对Squirmer速度的影响 287  
6.5.3 Puller运动模式相图 288  
6.5.4 Puller沿不同形状壁面的运动特性 289  
6.5.5 小结 291  
参考文献 291  
第7章 Squirmer的沉降运动特性 293  
7.1 圆形Squirmer在槽道牛顿流体中的沉降 293  
7.1.1 参数定义和边界条件 294  
7.1.2 Res和β对单个Squirmer沉降运动特性的影响 294  
7.1.3 Squirmer密度与流体密度比γ对单个Squirmer沉降运动特性的影响 298  
7.1.4 初始条件对单个Squirmer沉降特性的影响 300  
7.1.5 自驱动力与重力之比α对单个Squirmer沉降特性的影响 306  
7.1.6 两个 Puller 的沉降特性 313  
7.1.7 两个Pusher的沉降特性 315  
7.1.8 一个Pusher和一个 Puller 的沉降特性 317  
7.1.9 小结 320  
7.2 椭圆形Squirmer在槽道牛顿流体中的沉降 322  
7.2.1 参数定义及设置 322  
7.2.2 初始条件对 Puller 沉降的影响 322  
7.2.3 Squirmer的运动模式 323  
7.2.4 Squirmer的稳定沉降雷诺数 326  
7.2.5 自驱动力与重力之比α对沉降的影响 329  
7.2.6 长径比 AR 对沉降的影响 336  
7.2.7 两个椭圆形Squirmer的沉降 339  
7.2.8 小结 343  
7.3 底重型圆Squirmer在槽道牛顿流体中的沉降 345  
7.3.1 边界处理和参数设置 345  
7.3.2 初始条件对单个Squirmer沉降轨迹与取向角的影响 345  
7.3.3Squirmer雷诺数 Res 和自驱动强度β对单个Squirmer沉降特性的影响 346  
7.3.4 偏心距 l 对单个Squirmer沉降特性的影响 352  
7.3.5 密度比γ对单个Squirmer沉降特性的影响 357  
7.3.6 两个Squirmer的沉降模式 360  
7.3.7 偏心距 l 和自驱动强度β对Squirmer沉降特性及相互作用的影响 364  
7.3.8 Squirmer雷诺数Res对Squirmer沉降特性及相互作用的影响 369  
7.3.9 密度比γ对Squirmer沉降特性及相互作用的影响 372  
7.3.10 小结 374  
7.4 圆形Squirmer在槽道幂律流体中的沉降 375  
7.4.1 参数定义及设置 376  
7.4.2 单个Squirmer的沉降模式 376  
7.4.3 壁面对单个Squirmer沉降特性的影响 377  
7.4.4 单个Squirmer沉降时的轨迹和取向角变化 378  
7.4.5 幂律指数n对单个Squirmer沉降特性的影响 383  
7.4.6 Squirmer密度与流体密度比γ对单个Squirmer沉降特性的影响 383  
7.4.7 初始条件对两个Squirmer沉降特性的影响 385  
7.4.8 自驱动力与重力之比α对两个Squirmer沉降特性的影响 386  
7.4.9 自驱动强度β对两个Squirmer沉降特性的影响 388  
7.4.10 幂律指数n对两个Squirmer沉降特性的影响 395  
7.4.11 小结 396  
参考文献 396  
第8章 Squirmer携物及Squirmer组合的运动特性 398  
8.1 牛顿流体中Squirmer携物的运动 398  
8.1.1 参数定义和边界条件 398  
8.1.2 不同Squirmer携物构型及其速度 399  
8.1.3 Pusher-变形状携物的速度 402  
8.1.4 Squirmer携物能量消耗和水动力效率 405  
8.1.5 流体惯性对Squirmer携物运动稳定性的影响 406  
8.1.6 Squirmer携物的受力分析 408  
8.1.7 小结 409  
8.2 幂律流体中Squirmer携物的运动 410  
8.2.1 参数定义和边界条件 410  
8.2.2 Squirmer单携物 410  
8.2.3 Squirmer双携物 414  
8.2.4 Squirmer双携物能量消耗和水动力效率 417  
8.2.5 小结 419  
8.3 圆管内牛顿流体中哑铃构型Squirmer的运动 420  
8.3.1 边界处理和参数设置 420  
8.3.2 惯性对哑铃构型Squirmer运动的影响 420  
8.3.3 阻塞率k对哑铃构型Squirmer运动的影响 424  
8.3.4 哑铃构型Squirmer速度衰减与运动稳定性 425  
8.3.5 哑铃构型Squirmer能量消耗和水动力效率 429  
8.3.6 小结 430  
8.4 黏弹性流体中哑铃构型Squirmer的运动 431  
8.4.1 参数设置以及模型和方法 431  
8.4.2 流体弹性对哑铃构型Squirmer运动的影响 432  
8.4.3 不同构型的Squirmer运动特性 434  
8.4.4 哑铃构型Squirmer受力分析 436  
8.4.5 哑铃构型Squirmer能量消耗和水动力效率 438  
8.4.6 小结 439  
8.5 牛顿流体中多个Squirmer组合的运动 440  
8.5.1 参数设置以及模型和方法 440  
8.5.2 运动速度与流场结构 440  
8.5.3 惯性对多个Squirmer组合运动的影响 447  
8.5.4 能量消耗和水动力效率 448  
8.5.5 小结 450  
参考文献 451  
第9章 Squirmer的捕获与拦截 453  
9.1 方腔内牛顿流体中的运动特性 453  
9.1.1 参数定义和边界条件 453  
9.1.2 自驱动强度β和惯性对Squirmer运动的影响 454  
9.1.3 流场雷诺数Re对Squirmer运动的影响 467  
9.1.4 Squirmer尺度与方腔尺度比k对Squirmer运动的影响 471  
9.1.5 小结 474  
9.2 牛顿流体微通道中Squirmer游经方腔的运动特性 475  
9.2.1 参数定义和边界条件 475  
9.2.2 Squirmer的运动模式 475  
9.2.3 流动雷诺数 e对Squirmer运动的影响 477  
9.2.4 自驱动特性对Squirmer运动的影响 482  
9.2.5 方腔尺度的影响 488  
9.2.6 其他因素的影响 493  
9.2.7 小结 494  
9.3 Squirmer游经牛顿流体通道中圆柱体的运动特性 495  
9.3.1 边界处理和参数设置以及Squirmer周围的流场特性 496  
9.3.2Squirmer的运动模式 496  
9.3.3 圆柱体尺度与Squirmer尺度比k对运动模式的影响 502  
9.3.4 Squirmer雷诺数Res对运动模式的影响 508  
9.3.5 小结 514  
9.4Squirmer在嵌有圆柱体的二维Poiseuille流中的运动 514  
9.4.1 参数设置 515  
9.4.2 Squirmer在圆柱体尾流中的捕获 515  
9.4.3 Squirmer在圆柱体前的被拦截 529  
9.4.4 小结 538  
参考文献 539