内容简介

《纳米空化核及其空化的理论与模拟研究》针对纳米尺度的空化初生、气泡稳定机制及气泡动力学的物理力学问题，采用分子动力学模拟与理论模型分析相结合的手段开展研究工作。 

首先，针对含纳米颗粒液体的空化初生及其空化阈值问题，提出了等效空穴简化假设，改进了经典成核理论，揭示了纳米颗粒等效尺寸及液体物性对空化初生的影响机制。其次，针对悬浮纳米气泡的稳定性机制问题，开展了全原子模拟和粗粒化模拟，揭示了不同尺寸气泡的物性，分析了纳米气泡平衡机制，提出了纳米气泡稳定性判据。

最后，针对磷脂单层纳米气泡的稳态空化问题，开展了粗粒化模拟，完善了气泡动力学模型。

本书读者对象为对纳米尺度空化现象感兴趣的科研人员、工程师及研究生。

目录

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.2.1含纳米颗粒液体的空化初生及其空化阈值

1.2.2体悬浮纳米气泡特性及其稳定性机制

1.2.3磷脂单分子层纳米气泡稳态空化的气泡动力学

1.2.4小结

1.3本书主要内容与章节安排

第2章分子动力学方法及经典空化理论

2.1分子动力学原理与数值模型

2.1.1控制方程及求解方法

2.1.2边界条件

2.1.3系综及控温控压方法

2.1.4分子力场

2.2经典空化理论与气泡动力学模型

2.2.1经典成核理论

2.2.2RP方程

2.3本章小结

第3章含纳米颗粒液体空化初生理论及分子动力学模拟

3.1含纳米固体颗粒液体的空化初生理论模型

3.1.1物理模型

3.1.2数学模型

3.2含纳米固体颗粒液体的空化初生分子动力学模拟

3.2.1模拟方法及数值处理

3.2.2空化初生与空化阈值分析

3.2.3模拟方法验证分析

3.2.4纳米固体颗粒参数对空化阈值的影响规律

3.3本章小结

第4章体悬浮纳米气泡的特性及其稳定性机制

4.1稳定悬浮纳米气泡的分子动力学模拟

4.1.1模拟方法及数值处理

4.1.2模拟方法验证分析

4.1.3悬浮纳米气泡演变过程分析

4.1.4悬浮纳米气泡特性分析

4.2体悬浮纳米气泡平衡和稳定性机制分析

4.2.1纳米气泡平衡机制

4.2.2纳米气泡稳定性机制

4.3本章小结

第5章磷脂单分子层纳米气泡稳态空化的气泡动力学

5.1磷脂单分子层纳米气泡稳态空化的分子动力学模拟

5.1.1模拟方法及数值处理

5.1.2模拟方法验证分析

5.1.3磷脂单分子层纳米气泡特性分析

5.1.4磷脂单分子层纳米气泡稳态空化分析

5.2磷脂单分子层纳米气泡稳态空化的气泡动力学

5.2.1气泡动力学模型

5.2.2超声激励下气泡的小幅振动行为

5.2.3超声激励下气泡的大幅振动行为

5.3本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

在学期间完成的相关学术成果

致谢

前言/序言

空化是经典物理学问题，也一直被认为是流体工程领域的科技难题。空化具有两面性——破坏性和可利用性。在流体工程领域，由于空化导致诸多装置发生致命性破坏，如水下推进螺旋桨、液态火箭发动机涡轮泵以及航空发动机的燃油泵，出现这些破坏性行为多是因为对极端或者严苛条件下发生空化的机理认识不够深刻从而导致设计不合理或存在缺陷。在医学工程领域，人们则利用空化实现了一些疾病治疗或药物精准释放，例如超声波碎石空化等。之所以能够充分利用空化，是因为工程师对空化微观机理的持续深刻理解，并实现了对空化的有效调控。

在空化问题中，空化初生是更具有挑战性的难题。我的博士生高瞻致力于该问题的研究，从微观尺度展现并阐释更加丰富的空化物理。因此，我非常高兴地向各位读者介绍并推荐这本由高瞻博士所撰写的著作，它深入细致地探讨了纳米尺度空化核及相应空化现象。这本书不仅是作者辛勤研究的结晶，更是对纳米世界精彩探索的见证，为相关学术和应用领域带来了新的思考。

从物理力学的角度出发，本书运用了分子动力学模拟与理论模型相结合的研究方法，审视了纳米尺度的空化初生、气泡稳定机制及气泡动力学的诸多问题。作者不仅改进了经典成核理论，揭示了纳米颗粒对空化初生的影响机制，还从不同尺寸纳米气泡的物性出发，揭示了悬浮纳米气泡的稳定性机制，针对磷脂单层纳米气泡的稳态空化问题也进一步完善了相应的气泡动力学模型。

作者以严谨的科学态度揭示了纳米气泡世界的微妙之处，正如一幅微观世界的“画卷”在读者面前展现。这些研究成果不仅丰富了我们对纳米尺度空化现象的认识，更为纳米科技领域的发展开辟了新的思路和方向。

我衷心希望这本书能够引起广大读者的兴趣和关注，成为他们探索知识海洋的“指南针”，激发更多年轻学者的研究热情，共同致力于推动科学的进步。

王兵

清华大学航天航空学院