Design med konstruktiv teori

om författarna xi

förord xiii

lista över symboler xvii

1. Flödessystem 1

1.1 konstruktiv lag, vaskularisering och Svelteness 1

1.2 fluidflöde 6

1.2.1 internt flöde: distribuerade friktionsförluster 7

1.2.2 internt flöde: lokala förluster 11

1.2.3 externt flöde 18

1.3 värmeöverföring 20

1.3.1 ledning 20

1.3.2 Konvektion 24

Referenser 31

Problem 31

2. Ofullkomlighet 43

2.1 utveckling mot minst ofullkomliga möjliga 43

2.2 termodynamik 44

2.3 slutna system 46

2.4 öppna system 51

2.5 analys av tekniska komponenter 52

2.6 Värmeöverföringsfel 56

2.7 fluid flow imperfection 57

2.8 andra brister 59

2.9 Optimal storlek på värmeöverföringsytan 61

referenser 62

problem 63

3. Enkla Flödeskonfigurationer 73

3.1 flöde mellan två punkter 73

3.1.1 Optimal fördelning av ofullkomlighet 73

3.1.2 Kanaltvärsnitt 75

3.2 Flodkanaltvärsnitt 78

3.3 inre avstånd för naturlig konvektion 81

3.3.1 lär dig genom att föreställa dig de konkurrerande ytterligheterna 81

3.3.2 små avstånd 84

3.3.3 stora avstånd 85

3.3.4 optimala avstånd 86

3.3.5 förskjutna plattor och cylindrar 87

3.4 inre avstånd för forcerad konvektion 89

3.4.1 små avstånd 90

3.4.2 stora avstånd 90

3.4.3 optimala avstånd 91

3.4.4 förskjutna plattor, cylindrar och Stiftflänsar 92

3.5 metod för att korsa asymptoterna 94

3.6 montering av det fasta ämnet till “kroppen” av flödet 96

3.7 utveckling av teknik: från naturlig till forcerad konvektion 98

referenser 99

problem 101

4. Träd nätverk för vätskeflöde 111

4.1 optimala proportioner: T – och Y-formade konstruktioner 112

4.2 optimala storlekar, inte proportioner 119

4.3 träd mellan en punkt och en cirkel 123

4.3.1 en parning nivå 124

4.3.2 fritt antal Parning nivåer 127

4.4 prestanda kontra frihet att Morph 133

4.5 Minimal längd träd 136

4.5.1 minimala längder i en plan 137

4.5.2 minimala längder i tre dimensioner 139

4.5.3 minimala längder på en skiva 139

4.6 strategier för snabbare design 144

4.6.1 miniatyrisering kräver konstruktion 144

4.6.2 optimala träd kontra minimal längd träd 145

4, 6.3 75 graders vinklar 149

4.7 träd mellan en punkt och ett område 149

4.8 asymmetri 156

4.9 tredimensionella träd 158

4.10 slingor, Korsningsförluster och fraktala träd 161

referenser 162

problem 164

5. Konfigurationer för värmeledning 171

5.1 träd för kylning av en skivformad kropp 171

5.1.1 elementär volym 173

5.1.2 optimalt formade skär 177

5.1.3 en Förgreningsnivå 178

5.2 Ledningsträd med slingor 189

5, 2.1 en Loop Storlek, en förgrening nivå 190

5.2.2 Radial, en-Bifurcation och en-Loop mönster 195

5.2.3 två Loop storlekar, två förgrening nivåer 197

5.3 träd på mikro och Nanoskalor 202

5.4 Evolution av teknik: från forcerad konvektion till fast kropp

ledning 206

referenser 209

problem 210

6. Flerskaliga konfigurationer 215

6.1 fördelning av värmekällor som kyls av naturlig konvektion 216

6.2 fördelning av värmekällor som kyls av tvungen konvektion 224

6.3 Multiscale plattor för forcerad konvektion 229

6.3.1 tvinga hela flödesvolymen att arbeta 229

6.3.2 värmeöverföring 232

6.3.3 Fluid friktion 233

6.3.4 värmeöverföringshastighet densitet: den minsta skalan 234

6.4 Multiscale plattor och avstånd för naturlig konvektion 235

6.5 Multiscale cylindrar i crossflow 238

6.6 Multiscale droppar för maximal Massöverföringstäthet 241

referenser 245

problem 247

7. Multiobjektiva Konfigurationer 249

7.1 värmebeständighet kontra pumpkraft 249

7.2 elementär volym med konvektion 250

7.3 dendritisk Värmekonvektion på en skiva 257

7.3.1 radiellt flödesmönster 258

7.3.2 en nivå av parning 265

7.3.3 två nivåer 267

7.4 dendritiska värmeväxlare 274

7.4.1 geometri 275

7.4.2 vätskeflöde 277

7.4.3 värmeöverföring 278

7.4.4 Radial Ark motflöde 284

7.4.5 träd motflöde på en disk 286

7.4.6 träd motflöde på en kvadrat 289

7.4.7 två-objektiv prestanda 291

7.5 Constructal värmeväxlare teknik 294

7.6 trädformade isolerade konstruktioner för Distribution av varmvatten 295

7.6.1 elementär sträng av användare 295

7.6.2 Distribution av Rörradie 297

7.6.3 fördelning av isolering 298

7.6.4 användare fördelade jämnt över ett område 301

7.6.5 träd nätverk som genereras av repetitiva Parning 307

7.6.6 en-efter-en trädtillväxt 313

7.6.7 Komplexa Flödesstrukturer Är Robusta 318

Referenser 325

Problem 328

8. Vaskulariserade Material 329

8.1 framtiden tillhör Vaskulariserade: naturlig Design återupptäckt 329

8.2 linje-till-linje träd 330

8.3 motflöde av linje-till-linje träd 334

8.4 självläkande Material 343

8.4.1 galler av kanaler 344

8.4.2 flera skalor, Loop former och kroppsformer 352

8.4.3 träd matchade Canopy till Canopy 355

8.4.4 diagonala och ortogonala kanaler 362

8.5 vaskularisering kämpar mot uppvärmning 364

8.6 vaskularisering fortsätter att sprida 369

referenser 371

problem 373

9. Konfigurationer för Elektrokinetisk massöverföring 381

9.1 Skalanalys av överföring av arter genom ett poröst System 381

9.2 Modell 385

9.3 Migration genom ett ändligt poröst Medium 387

9.4 jonisk extraktion 393

9.5 konstruktiv vy av Elektrokinetisk överföring 396

9.5.1 reaktiva porösa medier 400

9.5.2 optimering i tid 401

9.5.3 optimering i rymden 403

referenser 405

10. Mekaniska och Flödesstrukturer kombinerade 409

10.1 optimalt flöde av spänningar 409

10.2 Cantilever Balkar 411

10.3 isolerande vägg med luftrum och föreskriven styrka 416

10.4 mekaniska strukturer som är resistenta mot termisk Attack 424

10.4.1 stråle vid böjning 425

10.4.2 maximering av motstånd mot plötslig uppvärmning 427

10.4.3 stål-armerad betong 431

10.5 vegetation 442

10.5 rotform 443

10.5.2 stam och kapell former 446

10.5.3 koniska stammar, grenar och skärmtak 449

10.5.4 skog 453

referenser 458

problem 459

11. Quo Vadis Konstruktiv Teori? 467

11.1 termodynamiken för system med konfiguration 467

11.2 två sätt att flöda är bättre än en 470

11.3 distribuerade energisystem 473

11.4 skala upp 482

11.5 överlevnad via större prestanda, Svelteness och territorium 483

11.6 vetenskap som en Consructal Flödesarkitektur 486

referenser 488

problem 490

bilaga 491

A. metoden för Skalanalys 491

B. metod för obestämda koefficienter (Lagrange multiplikatorer) 493

C. variationskalkyl 494

D. konstanter 495

E. omvandlingsfaktorer 496

F. dimensionslösa grupper 499

G. icke-metalliska fasta ämnen 499

H. metalliska fasta ämnen 503

I. porösa material 507

J. vätskor 508

K. gaser 513