Design med Konstruktionsteori

om forfatterne

forord

liste over symboler

1. Strømningssystemer 1

1.1 Konstruktionslov, vaskularisering og Svelteness 1

1.2 væskestrøm 6

1.2.1 intern strømning: fordelte friktionstab 7

1.2.2 intern strømning: lokale tab 11

1.2.3 ekstern strømning 18

1.3 varmeoverførsel 20

1.3.1 ledning 20

1.3.2 Konvektion 24

Referencer 31

Problemer 31

2. Ufuldkommenhed 43

2.1 Evolution mod den mindst ufuldkomne mulige 43

2.2 termodynamik 44

2.3 lukkede systemer 46

2.4 åbne systemer 51

2.5 analyse af tekniske komponenter 52

2.6 varmeoverførsel ufuldkommenhed 56

2.7 ufuldkommenhed i væskestrømmen 57

2.8 andre ufuldkommenheder 59

2.9 optimal størrelse af varmeoverføringsoverfladen 61

referencer 62

problemer 63

3. Enkle Strømningskonfigurationer 73

3.1 strømning mellem to punkter 73

3.1.1 optimal fordeling af ufuldkommenhed 73

3.1.2 Kanaltværsnit 75

3.2 Flodkanaltværsnit 78

3.3 interne mellemrum til naturlig konvektion 81

3.3.1 Lær ved at forestille sig de konkurrerende ekstremer 81

3.3.2 små mellemrum 84

3.3.3 store mellemrum 85

3.3.4 optimale mellemrum 86

3.3.5 forskudte plader og cylindre 87

3.4 interne mellemrum til tvungen konvektion 89

3.4.1 små mellemrum 90

3.4.2 store mellemrum 90

3.4.3 optimale mellemrum 91

3.4.4 forskudte plader, cylindre og Stiftfinner 92

3.5 Metode til krydsning af asymptoterne 94

3.6 montering af det faste stof på “kroppen” af strømmen 96

3.7 udvikling af teknologi: fra naturlig til tvungen konvektion 98

referencer 99

problemer 101

4. Trænetværk til væskestrøm 111

4.1 optimale proportioner: T – og Y-formede konstruktioner 112

4.2 optimale størrelser, ikke proportioner 119

4.3 træer mellem et punkt og en cirkel 123

4.3.1 et Parringsniveau 124

4.3.2 gratis Antal Parringsniveauer 127

4.4 ydelse versus frihed til Morph 133

4.5 træer med Minimal længde 136

4.5.1 minimale længder i en plane 137

4.5.2 minimale længder i tre dimensioner 139

4.5.3 minimale længder på en skive 139

4.6 strategier for hurtigere design 144

4.6.1 miniaturisering kræver konstruktion 144

4.6.2 optimale træer versus træer med Minimal længde 145

4, 6.3 75 graders vinkler 149

4,7 træer mellem et punkt og et område 149

4,8 asymmetri 156

4,9 tredimensionelle træer 158

4,10 sløjfer, Krydsningstab og Fraktallignende træer 161

referencer 162

problemer 164

5. Konfigurationer til varmeledning 171

5.1 træer til afkøling af en skiveformet krop 171

5.1.1 elementært volumen 173

5.1.2 optimalt formede indsatser 177

5.1.3 et Forgreningsniveau 178

5.2 Ledningstræer med sløjfer 189

5, 2.1 en Loop Størrelse, et Forgreningsniveau 190

5.2.2 Radial, en-Bifurcation og One-Loop design 195

5.2.3 to Loop Størrelser, to Forgreningsniveauer 197

5.3 træer ved mikro-og Nanoskalaer 202

5.4 udvikling af teknologi: fra tvungen konvektion til fast krop

Ledning 206

referencer 209

problemer 210

6. Multiskalakonfigurationer 215

6.1 fordeling af varmekilder afkølet ved naturlig konvektion 216

6.2 fordeling af varmekilder afkølet ved tvungen konvektion 224

6.3 Multiskalaplader til tvungen konvektion 229

6.3.1 tvinger hele Strømningsvolumenet til at arbejde 229

6.3.2 varmeoverførsel 232

6.3.3 væskefriktion 233

6.3.4 Varmeoverførselshastighedstæthed: den mindste skala 234

6.4 multiskala plader og mellemrum til naturlig konvektion 235

6,5 Multiskala cylindre i Tværstrøm 238

6,6 Multiskala dråber for maksimal Masseoverførselstæthed 241

referencer 245

problemer 247

7. Multiobjektive Konfigurationer 249

7.1 termisk modstand versus pumpekraft 249

7.2 elementært volumen med konvektion 250

7.3 dendritisk Varmekonvektion på en skive 257

7.3.1 radialt strømningsmønster 258

7.3.2 et niveau af parring 265

7.3.3 to niveauer af parring 267

7.4 dendritiske varmevekslere 274

7.4.1 geometri 275

7.4.2 væskestrøm 277

7.4.3 varmeoverførsel 278

7.4.4 radial ark modstrøm 284

7.4.5 træ modstrøm på en disk 286

7.4.6 træ modstrøm på en firkant 289

7.4.7 to-objektiv ydeevne 291

7.5 Constructal varmeveksler teknologi 294

7.6 træformede isolerede Designs til Distribution af varmt vand 295

7.6.1 elementær streng af brugere 295

7.6.2 Distribution af Rørradius 297

7.6.3 Distribution af isolering 298

7.6.4 brugere fordelt ensartet over et område 301

7.6.5 træ netværk genereret af gentagne parring 307

7.6.6 en-til-en trævækst 313

7.6.7 Komplekse Strømningsstrukturer Er Robuste 318

Referencer 325

Problemer 328

8. Vaskulariserede materialer 329

8.1 Fremtiden tilhører det vaskulariserede: naturligt Design genopdaget 329

8.2 linje-til-linje træer 330

8.3 modstrøm af linje-til-linje træer 334

8.4 selvhelbredende materialer 343

8.4.1 net af kanaler 344

8.4.2 flere skalaer, Sløjfeformer og kropsformer 352

8.4.3 træer matchede baldakin til baldakin 355

8.4.4 diagonale og ortogonale kanaler 362

8.5 vaskularisering kæmper mod opvarmning 364

8.6 vaskularisering vil fortsætte med at sprede sig 369

referencer 371

problemer 373

9. Konfigurationer til Elektrokinetisk masseoverførsel 381

9.1 Skalaanalyse af overførsel af arter gennem et porøst System 381

9.2 Model 385

9.3 Migration gennem et endeligt porøst Medium 387

9.4 ionisk ekstraktion 393

9.5 konstruktivt billede af Elektrokinetisk overførsel 396

9.5.1 reaktive porøse medier 400

9.5.2 optimering i tid 401

9.5.3 optimering i rummet 403

referencer 405

10. Mekaniske og Strømningsstrukturer kombineret 409

10.1 Optimal strøm af spændinger 409

10.2 Udkragningsbjælker 411

10.3 isolerende væg med luftrum og foreskrevet styrke 416

10.4 mekaniske strukturer, der er modstandsdygtige over for termisk angreb 424

10.4.1 stråle i bøjning 425

10.4.2 maksimering af modstand mod pludselig opvarmning 427

10.4.3 Stålarmeret beton 431

10.5 vegetation 442

10.5.1 rodform 443

10.5.2 Trunk og baldakin figurer 446

10.5.3 koniske kufferter, grene og baldakiner 449

10.5.4 Skov 453

referencer 458

problemer 459

11. Hvad Vadis Constructal Theory? 467

11.1 termodynamikken i systemer med konfiguration 467

11.2 to måder at flyde er bedre end en 470

11.3 distribuerede energisystemer 473

11.4 opskalering 482

11.5 overlevelse via større ydeevne, Svelteness og territorium 483

11.6 videnskab som en Konsructal Strømningsarkitektur 486

referencer 488

problemer 490

tillæg 491

A. metoden til Skalaanalyse 491

B. metode for ubestemte koefficienter (Lagrange multiplikatorer) 493

C. variationsberegning 494

D. konstanter 495

E. konverteringsfaktorer 496

F. dimensionsløse grupper 499

G. ikke-metalliske faste stoffer 499

H. metalliske faste stoffer 503

I. porøse materialer 507

J. væsker 508

K. gasser 513