Design with Constructal Theory
over de auteurs xi
Voorwoord xiii
lijst van symbolen xvii
1. Flow Systems 1
1.1 Constructal Law, vascularisatie, and Svelteness 1
1.2 vloeistofstroom 6
1.2.1 interne stroom: verdeelde wrijvingsverliezen 7
1.2.2 interne stroom: lokale verliezen 11
1.2.3 externe stroom 18
1.3 warmteoverdracht 20
1.3.1 geleiding 20
1.3.2 Convectie 24
Referenties 31
Problemen 31
2. Imperfectie 43
2.1 evolutie naar de minst imperfectie mogelijk 43
2.2 thermodynamica 44
2.3 gesloten systemen 46
2.4 Open systemen 51
2.5 analyse van technische componenten 52
2.6 imperfectie door warmteoverdracht 56
2.7 imperfectie door vloeistofstroom 57
2.8 andere imperfecties 59
2.9 optimale grootte van warmteoverdracht oppervlakte 61
referenties 62
problemen 63
3. Eenvoudige Flow Configuraties 73
3.1 Stromen Tussen Twee Punten 73
3.1.1 Optimale Verdeling van de Onvolmaaktheid 73
3.1.2 Kanaal doorsneden 75
3.2 Rivier Kanaal doorsneden 78
3.3 Interne Afstanden voor Natuurlijke Convectie 81
3.3.1 Leren door voor te stellen de Concurrerende Uitersten 81
3.3.2 Kleine Afstanden 84
3.3.3 Grote Afstanden 85
3.3.4 Optimale Afstanden 86
3.3.5 Gespreide Platen en Cilinders 87
3.4 Interne Afstanden voor Gedwongen Convectie 89
3.4.1 kleine tussenafstanden 90
3.4.2 Grote tussenafstanden 90
3.4.3 optimale tussenafstanden 91
3.4.4 verspringende platen, cilinders en vinnen 92
3.5 snijmethode van de asymptoten 94
3.6 montage van de vaste stof op het “lichaam” van de stroom 96
3.7 evolutie van de technologie: van natuurlijke naar geforceerde convectie 98
referenties 99
problemen 101
4. Boomnetwerken voor vloeistofstroom 111
4.1 optimale verhoudingen: T-en Y-vormige constructies 112
4.2 optimale afmetingen, niet verhoudingen 119
4.3 Bomen Tussen een Punt en een Cirkel 123
4.3.1 Een Koppeling Niveau 124
4.3.2 Gratis Nummer van de Koppeling Niveaus 127
4.4 Prestaties versus de Vrijheid om te Veranderen 133
4.5 Minimale Lengte Bomen 136
4.5.1 Minimale Lengtes in een Vliegtuig 137
4.5.2 Minimale Lengte in Drie Dimensies 139
4.5.3 Minimale Lengtes op een Disc 139
4.6 Strategieën voor een Snellere Ontwerp 144
4.6.1 Miniaturisatie Vereist Bouw 144
4.6.2 Optimale Bomen versus Minimale Lengte Bomen 145
4.6.3 75 graden hoeken 149
4.7 bomen tussen één punt en een gebied 149
4.8 asymmetrie 156
4.9 driedimensionale bomen 158
4.10 lussen, Junctieverliezen en Fractalachtige bomen 161
referenties 162
problemen 164
5. Configuraties voor warmtegeleiding 171
5.1 bomen voor het koelen van een schijfvormig lichaam 171
5.1.1 elementair Volume 173
5.1.2 optimaal gevormde inzetstukken 177
5.1.3 één Vertakkingsniveau 178
5.2 Geleidingsbomen met lussen 189
5.2.1 Een Maat, Een Vertakking Niveau 190
5.2.2 Radiaal, Één-Splitsing en Een Lus Ontwerpen 195
5.2.3 Twee Lus Maten, Twee Vertakkingen Niveaus 197
5.3 Bomen op Micro-en Nanoscales 202
5.4 Evolutie van de Technologie: Van Gedwongen Convectie te Solid-Body
Geleiding 206
Referenties 209
Problemen 210
6. Multiscale configuraties 215
6.1 verdeling van warmtebronnen gekoeld door natuurlijke convectie 216
6.2 verdeling van warmtebronnen gekoeld door geforceerde convectie 224
6.3 Multiscale Platen voor Gedwongen Convectie 229
6.3.1 waardoor de Gehele Doorstroming te Werken 229
6.3.2 Warmte-Overdracht 232
6.3.3 Wrijving 233
6.3.4 Warmte-Overdracht Tarief Dichtheid: De Kleinste Schaal 234
6.4 Multiscale Platen en Afstanden voor Natuurlijke Convectie 235
6.5 Multiscale Cilinders in Crossflow 238
6.6 Multiscale Druppels voor Maximale Overdracht van Massa Dichtheid 241
Referenties 245
Problemen 247
7. Multiobjectieve Configuraties 249
7.1 Thermische Weerstand versus pompvermogen 249
7.2 Elementair Volume met Convectie 250
7.3 Dendritische Warmte Convectie op een Disc 257
7.3.1 Radial Flow Patroon 258
7.3.2 Één Niveau van de Koppeling 265
7.3.3 Twee Niveaus van de Koppeling 267
7.4 Dendritische Warmtewisselaars 274
7.4.1 Geometrie 275
7.4.2 Fluid Flow 277
7.4.3 Warmte-Overdracht 278
7.4.4 Radiale Blad Tegenstroom 284
7.4.5 Boom Tegenstroom op een Schijf 286
7.4.6 Boom Tegenstroom op een Plein 289
7.4.7 prestaties met twee doelstellingen 291
7.5 Constructiewarmtewisselaartechnologie 294
7.6 geïsoleerde ontwerpen in de vorm van bomen voor de distributie van warm Water 295
7.6.1 elementair netwerk van gebruikers 295
7.6.2 distributie van Buisradius 297
7.6.3 distributie van isolatie 298
7.6.4 gebruikers gelijkmatig verdeeld over een gebied 301
7.6.5 paren 307
7.6.6 één-op-één boomgroei 313
7.6.7 Complexe Stroomstructuren Zijn Robuust 318
Referenties 325
Problemen 328
8. Doorbloed Materialen 329
8.1 De Toekomst Behoort tot de goed doorbloede: Natuurlijke Ontwerp Herontdekt 329
8.2 Lijn-naar-Lijn Bomen 330
8.3 Tegenstroom van Lijn-naar-Lijn Bomen 334
8.4 Self-Healing Materials 343
8.4.1 Rasters van Kanalen 344
8.4.2 Meerdere Schalen, Loop-Vormen, en het Lichaam Vormen 352
8.4.3 Bomen Afgestemd Luifel Luifel 355
8.4.4 recht en schuin Kanalen 362
8.5 vascularisatie bestrijding van verhitting 364
8.6 vascularisatie zal zich blijven verspreiden 369
referenties 371
problemen 373
9. Configuraties voor Elektrokinetische massaoverdracht 381
9.1 Schaalanalyse van overdracht van soorten door een poreus systeem 381
9.2 Model 385
9.3 migratie door een eindig poreus Medium 387
9.4 Ionische extractie 393
9.5 constructieve weergave van Elektrokinetische overdracht 396
9.5.1 reactieve poreuze Media 400
9.5.2 optimalisatie in de tijd 401
9.5.3 optimalisatie in de ruimte 403
referenties 405
10. Mechanische en Stromingsconstructies gecombineerd 409
10.1 optimale stroom van spanningen 409
10.2 vrijdragende balken 411
10.3 isolerende wand met luchtholtes en voorgeschreven sterkte 416
10.4 mechanische constructies bestand tegen thermische aanvallen 424
10.4.1 Balk bij het buigen 425
10.4.2 maximalisatie van de weerstand tegen plotselinge verwarming 427
10.4.3 Staalbeton 431
10.5 vegetatie 442
10.5.1 wortelvorm 443
10.5.2 stam-en Bladerdekvormen 446
10.5.3 conische stammen, takken en bladerdek 449
10.5.4 bos 453
referenties 458
problemen 459
11. Quo Vadis Constructal Theorie? 467
11.1 de thermodynamica van systemen met configuratie 467
11.2 twee manieren om te stromen zijn beter dan één 470
11.3 verdeelde energiesystemen 473
11.4 opschalen 482
11.5 overleving via Grotere prestaties, Svelteness en grondgebied 483
11.6 de Wetenschap als een Consructal Flow Architectuur 486
Referenties 488
Problemen 490
Bijlage 491
A. De Methode van Schaal Analyse 491
B. Methode van Onbepaalde Coëfficiënten (Lagrange Multiplicatoren) 493
C. Afwijkende Calculus 494
D. Constanten 495
E. Conversie Factoren 496
F. Dimensieloos Groepen 499
G. Niet-Metallische Stoffen 499
H. Metallic Stoffen 503
I. Poreuze Materialen 507
J. Vloeistoffen 508
K. Gassen 513
