微重力科學(xué)概論

內(nèi)容概要

微重力科學(xué)是力學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)的新興交叉學(xué)科，它主要研究在微重力環(huán)境中物質(zhì)的平衡和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。微重力科學(xué)主要包括微重力流體物理(自然對(duì)流、多相流、復(fù)雜流體)、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間生物技術(shù)和空間基礎(chǔ)物理等領(lǐng)域。在微重力環(huán)境中，由地球重力產(chǎn)生的浮力、沉淀、壓力梯度等過(guò)程基本消失，這就為微重力科學(xué)各學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了極好的機(jī)遇，孕育了學(xué)術(shù)的重大突破。載人空問(wèn)站和載人空間探索工程需要微重力科學(xué)的支撐，而微重力科學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了許多空問(wèn)和地面的重大高新技術(shù)的發(fā)展。    本書(shū)涉及微重力科學(xué)的主要內(nèi)容，對(duì)流體力學(xué)、工程熱物理、材料科學(xué)、生物技術(shù)、基礎(chǔ)物理以及航天工程專業(yè)的大學(xué)高年級(jí)學(xué)生、研究生、教師和科技人員有參考價(jià)值。

書(shū)籍目錄

叢書(shū)序前言第1章  微重力科學(xué)概論  1.1  微重力環(huán)境及其效應(yīng)    1.1.1  微重力環(huán)境    1.1.2  微重力效應(yīng)  1.2  微重力科學(xué)的內(nèi)涵    1.2.1  微重力流體物理    1.2.2  微重力燃燒科學(xué)    1.2.3  空間材料科學(xué)    1.2.4  空間生物技術(shù)    1.2.5  空間基礎(chǔ)物理  1.3  微重力科學(xué)的研究方法    1.3.1  理論和數(shù)值模擬研究    1.3.2  小Bond數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)    1.3.3  自由落體設(shè)施實(shí)驗(yàn)    1.3.4  拋物線飛機(jī)實(shí)驗(yàn)    1.3.5  微重力火箭實(shí)驗(yàn)    1.3.6  衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)    1.3.7  有人操作的微重力實(shí)驗(yàn)  參考文獻(xiàn)第2章  基本方程組和邊界條件  2.1.引言    2.1.1  流體的位形    2.1.2  重力的分層、靜壓和浮力效應(yīng)    2.1.3  殘余重力和重力跳動(dòng)  2.2  毛細(xì)及界面現(xiàn)象    2.2.1  自然界的毛細(xì)現(xiàn)象    2.2.2  表面張力    2.2.3  潤(rùn)濕、接觸角    2.2.4  毛細(xì)現(xiàn)象  2.3  基本方程    2.3.1  連續(xù)方程    2.3.2  運(yùn)動(dòng)方程    2.3.3  能量方程  2.4  微重力流體的基本方程組和定解條件    2.4.1  自由流的Boussinesq近似    2.4.2  微重力流體的基本方程組.    2.4.3  無(wú)量綱基本方程組    2.4.4  定解條件    2.4.5  微重力流體力學(xué)有關(guān)的物理量和無(wú)量綱參數(shù)  2.5  主要求解方法    2.5.1  線性穩(wěn)定性分析方法    2.5.2  能量穩(wěn)定性分析方法    2.5.3  直接數(shù)值模擬.  參考文獻(xiàn)第3章  微重力條件下的自然對(duì)流  3.1  引言    3.1.1  兩類微重力環(huán)境中的自然對(duì)流    3.1.2  液滴遷移和其他    3.1.3  理論和實(shí)驗(yàn)研究方法  3.2  Pearson不穩(wěn)定性    3.2.1  Pearson不穩(wěn)定性的攝動(dòng)理論    3.2.2  ：Pearson不穩(wěn)定性的理論    3.2.3  多層液體系統(tǒng)的Pearson不穩(wěn)定性    3.2.4  空間實(shí)驗(yàn)  3.3  熱毛細(xì)對(duì)流中的熱流體波不穩(wěn)定性    3.3.1  無(wú)限延伸液層的熱流體波不穩(wěn)定性    3.3.2  液池中熱毛細(xì)對(duì)流的起振過(guò)程    3.3.3  液池的熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)  3.4  半浮區(qū)中的熱毛細(xì)對(duì)流    3.4.1  初期研究    3.4.2  液橋幾何參數(shù)的影響    3.4.3  Prandtl數(shù)的影響    3.4.4  三維流場(chǎng)    3.4.5  液橋自由面的振蕩    3.4.6  空間微重力實(shí)驗(yàn)    3.4.7  轉(zhuǎn)捩到湍流的過(guò)程  3.5  微重力液滴動(dòng)力學(xué)    3.5.1  等溫液滴動(dòng)力學(xué)    3.5.2  單個(gè)液滴的熱毛細(xì)遷移    3.5.3  多個(gè)液滴或氣泡的熱毛細(xì)遷移.  參考文獻(xiàn)第4章  氣一液兩相流動(dòng)與相變傳熱  4.1  引言  4.2  池內(nèi)沸騰    4.2.1  沸騰類型    4.2.2  池內(nèi)沸騰模式與傳熱曲線    4.2.3  池內(nèi)核態(tài)沸騰    4.2.4  臨界熱流  4.3  氣液兩相絕熱流動(dòng)    4.3.1  流動(dòng)結(jié)構(gòu)／流型    4.3.2  無(wú)量綱參數(shù)與相似準(zhǔn)則    4.3.3  流型轉(zhuǎn)換模型與流型圖    4.3.4  摩擦壓降  4.4  強(qiáng)迫流動(dòng)沸騰    4.4.1  流動(dòng)狀態(tài)    4.4.2  重力效應(yīng)  4.5  凝結(jié)    4.5.1  凝結(jié)模式.    4.5.2  Nusselt蒸氣層流膜狀凝結(jié)分析解    4.5.3  微重力膜狀凝結(jié)  參考文獻(xiàn)第5章  微重力復(fù)雜流體  5.1  引言與背景    5.1.1  基本背景    5.1.2  膠體粒子受的力.    5.1.3  粒子間的流體動(dòng)力學(xué)相互作用  5.2  膠體粒子的聚集過(guò)程和膠體的穩(wěn)定性    5.2.1  布朗運(yùn)動(dòng)    5.2.2  分散與聚集    5.2.3  聚集的微重力研究  5.3  膠體的無(wú)序一有序相變    5.3.1  基本背景    5.3.2  硬球膠體晶體    5.3.3  帶電粒子膠體晶體    5.3.4  液晶相變  5.4  關(guān)于復(fù)雜流體的其他一些研究?jī)?nèi)容    5.4.1  等離子體塵粒晶體(膠體等離子體晶體)    5.4.2  磁流變流體    5.4.3  泡沫動(dòng)力學(xué)    5.4.4  顆粒物質(zhì)    5.4.5  乳狀液體系的分層、穩(wěn)定性研究    5.4.6  石油組分熱擴(kuò)散特性的研究和Soret系數(shù)的測(cè)量    5.4.7  長(zhǎng)鏈分子聚合物特性  參考文獻(xiàn)第6章  微重力燃燒  6.1  引言  6.2  氣體擴(kuò)散火焰    6.2.1  重力對(duì)層流氣體射流擴(kuò)散火焰的影響    6.2.2  層流氣體射流擴(kuò)散火焰    6.2.3  蠟燭火焰  6.3  預(yù)混氣體火焰    6.3.1  相關(guān)時(shí)間尺度的比較    6.3.2  可燃極限    6.3.3  火焰球  6.4  火焰沿固體可燃物表面的傳播    6.4.1  火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程及火焰結(jié)構(gòu)概述    6.4.2  微重力環(huán)境中的火焰?zhèn)鞑?   6.4.3  幾個(gè)相關(guān)的尺度    6.4.4  微重力狀態(tài)下逆向流動(dòng)中的火焰?zhèn)鞑?   6.4.5  環(huán)境壓力對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊?   6.4.6  環(huán)境中氣體成分的輻射特性對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊? 6.5  載人航天器艙內(nèi)安全防火技術(shù)    6.5.1  載人航天器艙內(nèi)安全防火的原則    6.5.2  載人航天器的安全防火工作    6.5.3  與安全防火直接有關(guān)的微重力環(huán)境中燃燒基本規(guī)律的研究  6.6  液滴燃燒    6.6.1  液滴燃燒的理論分析和數(shù)值模擬    6.6.2  微重力狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)研究  參考文獻(xiàn)第7章  空間材料科學(xué)  7.1  前言    7.1.1  研究概述    7.1.2  發(fā)展簡(jiǎn)史    7.1.3  空間材料科學(xué)設(shè)備    7.1.4  空間材料科學(xué)展望  7.2  固液相變與材料制備    7.2.1  凝固過(guò)程    7.2.2  熔體晶體生長(zhǎng)  7.3  溶液晶體生長(zhǎng)    7.3.1  空間溶液晶體生長(zhǎng)概述    7.3.2  蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)    7.3.3  沸石晶體生長(zhǎng)    7.3.4  a-LiIO3晶體生長(zhǎng)    7.3.5  空間溶液晶體生長(zhǎng)前景展望  7.4  材料加工與熱物性參數(shù)測(cè)量    7.4.1  微重力下熱物性參數(shù)測(cè)量概述    7.4.2  有容器法：擴(kuò)散系數(shù)及熱導(dǎo)率    7.4.3  無(wú)容器法：電導(dǎo)率、密度和熱膨脹系數(shù)、比熱、表面張力和黏度    7.4.4  微重力下熱物性參數(shù)測(cè)量面臨的發(fā)展前景  7.5  膠體晶體與光子晶體    7.5.1  膠體晶體與光子晶體概述    7.5.2  主要科學(xué)問(wèn)題    7.5.3  典型研究例子  參考文獻(xiàn)第8章  空間生物技術(shù)  8.1  引言    8.1.1  空間細(xì)胞／組織培養(yǎng)技術(shù)    8.1.2  空間蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)和生物分離技術(shù)    8.1.3  空間細(xì)胞融合技術(shù)  8.2  空間細(xì)胞／組織培養(yǎng)    8.2.1  空間細(xì)胞／組織培養(yǎng)的基本概念和技術(shù)要求    8.2.2  地面微重力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)    8.2.3  空間細(xì)胞／組織培養(yǎng)的模型模擬研究  8.3  空間蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)    8.3.1  基本概念    8.3.2  空間實(shí)驗(yàn)裝置.    8.3.3  空間蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)  8.4  空間細(xì)胞力學(xué)一生物學(xué)耦合及其調(diào)控    8.4.1  細(xì)胞對(duì)(微)重力的生物學(xué)響應(yīng)    8.4.2  (微)重力影響細(xì)胞的生物學(xué)功能    8.4.3  (微)重力下細(xì)胞力學(xué)一生物學(xué)耦合及其調(diào)控    8.4.4  未來(lái)展望  參考文獻(xiàn)第9章  空間基礎(chǔ)物理  9.1  相對(duì)論與引力理論的空間實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)    9.1.1  弱等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)    9.1.2  物體的自轉(zhuǎn)與引力場(chǎng)的耦合    9.1.3  牛頓引力反平方定律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)    9.1.4  相對(duì)論效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證  9.2  微重力環(huán)境下冷原子物理及其應(yīng)用    9.2.1  微重力環(huán)境下冷原子物理    9.2.2  原子干涉儀    9.2.3  空間冷原子鐘  9.3  微重力條件下的臨界現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)    9.3.1  引言    9.3.2  微重力實(shí)驗(yàn)    9.3.3  進(jìn)一步的研究計(jì)劃參考文獻(xiàn)

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