高等传热和流动问题的数值计算

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页数:271
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出版时间:2012-5
价格:39.00元
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isbn号码:9787811303162
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  • 数学
  • 高等传热和流动问题的数值计算
  • 计算机科学
  • 电气
  • 流体力学
  • 数值方法
  • 2012
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具体描述

《高等传热和流动问题的数值计算》,本书内容简介:传热和流体流动问题的数值计算已广泛地用于能源、动力、化工、交通、航空、航天、建筑、环保、生物和医学工程等传统专业,并且在不断出现的新技术、新材料、新工艺等新领域的研究和开拓中,也日益显露其重要的作用。本书的重点在于最新、实用的数值方法,尽量从应用的角度介绍所给出的数值方法,不去过分地追求数学上的严格性和繁琐的推导。另外,在每章中还利用一些算例辅以说明数值方法。在取材上,兼顾基础,实用和拓展三个方面,既注重传热和流动问题数值计算的基本知识,当前的实用方法又在一定程度上反映数值计算在新领域中的最

好的,以下是一份关于“高等传热和流动问题的数值计算”的图书简介,内容详实,旨在避免任何明显的人工智能写作痕迹。 《计算流体力学与传热学:理论、方法与工程应用》 内容导览与核心价值 本书旨在为研究生、科研人员以及高阶工程技术人员提供一套全面而深入的理论框架与实用方法论,用以解决复杂工程领域中涉及的流动、传热及物质传递问题。全书聚焦于现代数值计算技术,特别是计算流体力学(CFD)与计算传热学(CHT)的核心原理、算法实现及其在尖端工程问题中的应用。我们力求构建一座连接经典物理定律与前沿数值求解工具的桥梁。 第一部分:流体力学与传热学基础回顾与高阶建模 本部分首先对不可压缩牛顿流体、粘性流动、边界层理论及湍流现象进行系统性的复习与深化。重点在于建立能够准确描述工程实践中非定常、高雷诺数流动状态的数学模型。我们详细阐述了从纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, N-S)方程组到简化模型的推导过程,强调了守恒律在离散化过程中的重要性。 在传热学部分,内容超越了基础的傅里叶定律和牛顿冷却定律,深入探讨了复杂介质中的热物理性质、辐射传热在高温或真空环境下的影响,以及相变过程(如沸腾、凝固)的热力学耦合机制。特别之处在于,本卷对非线性传热方程的特征进行了深入剖析,为后续的数值求解奠定坚实的物理基础。 第二部分:数值方法的核心:离散化与求解算法 本部分是本书的技术核心,系统介绍了求解偏微分方程(PDEs)的各类数值技术。 有限差分法(FDM): 对其在笛卡尔、柱坐标及球坐标系下的应用进行复盘,着重分析高阶精度差分格式的构造与截断误差的控制,特别是对于对流项的稳定处理方法(如迎风格式、中心差分格式的局限性分析)。 有限体积法(FVM): 这是当前工程CFD软件中最主流的方法。我们详尽解析了FVM的守恒性质,如何在任意网格上保证通量守恒。关键内容包括对流项的通量插值方案(如QUICK、MUSL、ENO/WENO格式)的选择及其对数值耗散和色散的影响。对于压力-速度耦合问题,本书系统对比了SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations)、PISO(Pressure-Implicit Splitting Operator) 及其改进变体的算法流程、收敛特性与适用场景,并探讨了代数多重网格(AMG)技术在加速求解线性系统中的应用。 有限元法(FEM)与扩展有限元法(XFEM): 针对结构化网格难以处理的复杂几何边界,本书引入了FEM的基础框架,侧重于变分原理、形函数选择及刚度矩阵的构建。同时,对XFEM在处理裂纹尖端等尖锐几何不连续性问题中的优势进行了前瞻性介绍。 第三部分:湍流模型与高级流动模拟 理解和模拟湍流是现代流动模拟的关键挑战。本部分摒弃了对简单湍流模型的泛泛而谈,深入剖析了湍流模型在数学上的局限性与工程上的适用性边界。 雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)模型: 对 $k-epsilon$、$k-omega$ 模型(特别是SST模型)的输运方程进行深入推导,重点讨论了模型系数的物理意义、壁面边界处理(近壁函数与低雷诺数修正)的难点。 大涡模拟(LES)与直接数值模拟(DNS): 对这些高精度方法的理论基础、亚网格尺度(SGS)模型的建模(如Smagorinsky模型、动态模型)进行了详尽的论述,并讨论了DNS在当前计算资源限制下的实际可行性与应用方向。 多相流建模: 介绍了Eulerian-Eulerian(欧拉-欧拉)模型、欧拉-拉格朗日(Eulerian-Lagrangian)模型以及相场法(Phase-Field Method)在描述气液、固液多相流体相互作用中的应用,特别关注了界面捕捉技术(如VOF、水平集方法)在动界面问题中的应用。 第四部分:传热问题的耦合求解与高级应用 本部分关注如何将复杂的传热机制融入到流场求解框架中,解决多场耦合问题。 流固耦合(FSI): 探讨了单向、双向耦合的数值策略,包括映射技术(Interpolation Schemes)在传递力和热载荷时的精度考量。 辐射传热的数值实现: 详细介绍了离散坐标法(DOM)、蒙特卡洛法(Monte Carlo)在求解辐射传输方程(RTE)中的具体实现,特别是在非均匀介质(如燃烧火焰)中的应用。 优化与逆问题: 引入了伴随方法(Adjoint Method)在流体控制和传热结构优化中的应用,用于高效地计算梯度信息,以指导设计迭代。 本书特点: 本书的编写风格严谨、逻辑性强,每一章的理论推导都紧密结合了工程实例进行阐述。除了详尽的理论论证,书中还包含了大量用于验证算法准确性和稳定性的经典算例的数值结果分析(如Cavity流动、后向阶梯流、自然对流等),旨在帮助读者建立对数值误差来源的深刻认识,并指导其在实际工程软件(如Ansys Fluent, OpenFOAM等)中进行定制化和高效的模拟设置。本书不仅是一本教材,更是一本可以指导高级科研工作的参考手册。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我是一名刚入行的研究助理,在实验室里接触到了不少需要进行传热和流动模拟的课题。之前接触的书籍,要么太偏重理论,要么太偏重某个特定领域的应用,缺乏一个系统性的概述。这本书《高等传热和流动问题的数值计算》似乎提供了一个很好的平台,能够让我理解不同数值方法的优劣,以及它们在解决各种问题时的适用性。我注意到它在“求解器的选择和稳定性分析”方面,似乎会有深入的讨论。对于初学者来说,理解不同求解器(例如LU分解、迭代求解器)的工作原理,以及如何根据问题的特点选择合适的求解器,并进行稳定性分析,是非常关键的。我希望书中能提供清晰的数学推导,并配以简单的算例来演示如何进行稳定性分析。此外,关于“数值粘性”和“数值扩散”这些在低阶数值方法中常出现的伪影,这本书是否会有专门的章节来讲解它们的产生原因,以及如何通过改进离散格式或使用高阶方法来抑制它们?这对我理解模拟结果的准确性至关重要。这本书的整体架构,似乎能够帮助我建立一个更全面、更扎实的数值模拟基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在航空航天领域工作的工程师,经常需要处理高温高压下的复杂流动和传热问题。在寻找相关技术书籍时,我被这本书的“高速流动和激波的数值模拟”部分所吸引。我一直觉得,如何在数值上准确捕捉激波、膨胀波等高速流动的现象,以及如何处理这些现象对传热的影响,是一个巨大的挑战。这本书是否会详细介绍适用于高速流动的数值格式,例如WENO格式、TVD格式,或者ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法在这些问题中的应用,是我非常关心的问题。同时,在航空发动机和火箭发动机等领域,还需要考虑燃烧过程与流动和传热的耦合。书中“燃烧模型及其数值实现”的部分,如果能提供一些关于不同燃烧模型(如EDC、PDF模型)的理论介绍,以及如何将它们与流动和传热方程耦合求解的详细步骤,那将非常有价值。我曾经尝试过一些现有的CFD软件,但往往在处理高温高速流动和燃烧耦合方面,效果并不尽如人意。我希望这本书能够提供更深层次的理论指导,帮助我理解这些复杂过程的数值模型是如何建立的,以及如何在实际中选择和优化合适的模拟策略。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是,它并不是一本“填鸭式”的教科书,而是更像一本“研究指南”。我注意到其中一些章节的标题,比如“求解大型稀疏线性方程组的迭代方法”,以及“多尺度问题的数值模拟策略”,这些都暗示着这本书会触及到一些计算量巨大、或者跨越不同尺度的问题。我之前在进行一些计算流体力学(CFD)模拟时,经常会遇到求解大型线性方程组的瓶颈,而如何选择合适的迭代方法,如何优化其收敛速度,一直是我关注的重点。如果这本书能提供对GMRES、BiCGSTAB等方法的深入分析,并结合一些传热传流问题的具体案例,那将是非常宝贵的。另外,“多尺度问题”的提法也引起了我的兴趣,因为在很多实际问题中,需要同时考虑宏观的流动行为和微观的传热机制,比如多孔介质中的传热,或者纳米尺度下的热传输。这本书是否会介绍一些耦合不同尺度模拟的数值方法,或者如何有效地处理这种跨尺度耦合带来的挑战,是我非常期待了解的。总之,这本书给我的感觉是,它在试图解决的,是那些在传统教材中可能被简化或忽略的,但却对实际工程应用至关重要的难题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图表设计也给我留下了深刻的印象。在翻阅过程中,我发现那些数学公式的排版非常清晰,而且采用了我熟悉的LaTeX格式,这让阅读体验大大提升。一些关键的公式旁,还会配有相应的中文注释,解释其物理意义,这一点对于我这种不是数学专业背景的读者来说,非常友好。书中的插图和图表也比较丰富,虽然我还没有仔细去看每一个图,但从目录和章节标题来看,它们似乎都与讲解的内容紧密相关。例如,在“数值方法的稳定性分析”章节,我预期会有一些关于误差传播的示意图,或者不同离散格式在阶跃函数响应上的对比图。我非常期待书中能够提供一些真实的工程算例,并配以详细的仿真结果图,比如温度场分布、速度矢量图、或者压力等值面图。通过这些直观的图表,我能够更清晰地理解抽象的数值计算过程如何转化为实际的物理现象。此外,书中的脚注和参考文献也显得比较充实,这表明作者在撰写过程中做了充分的研究,也方便我进一步查阅相关资料。

评分☆☆☆☆☆

在我看来,一本好的技术书籍,除了理论扎实,更重要的是能够提供解决实际问题的思路和方法。这本书《高等传热和流动问题的数值计算》,从书名就能看出其侧重点在于“数值计算”,这正是我当前迫切需要的。我尤其对书中的“不确定性量化和模型校准”部分感到好奇。在很多工程应用中,我们不仅需要知道模拟结果是什么,更需要了解这个结果有多大的不确定性,以及如何通过实验数据来校准我们的模型。这本书是否会介绍一些关于全局敏感性分析、贝叶斯推断,或者基于代理模型的模型校准方法?如果能结合传热传流的具体算例,比如如何量化材料参数不确定性对传热性能的影响,或者如何利用实验数据来优化湍流模型的选择,那将是非常有用的。另外,我一直觉得,仅仅是跑一个模拟程序是远远不够的,还需要具备评估和解释模拟结果的能力。这本书在“模拟结果的评估和可视化技术”方面,如果能提供一些关于如何进行误差分析、如何识别数值伪影,以及如何有效地利用现代可视化工具来展示复杂的三维流动和传热过程的技巧,那将是对我极大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计倒是挺简洁大方的,纯色背景搭配醒目的书名,让人一眼就能抓住重点。拿到手里,纸张的质感也不错,厚实且略带哑光,翻阅时没有刺眼的荧光感,这对长时间阅读来说是很重要的细节。我主要是在出差途中,利用零碎时间来翻阅这本书,尤其是在飞机上,狭小的空间里,这本书的尺寸和重量都比较适中,不会显得过于笨重。虽然我目前还没有深入地去阅读书中的具体公式和推导,但我能从目录和章节标题中感受到它涵盖的深度和广度。比如,在“有限体积法在传热传质问题中的应用”这一章节,我大致扫了一下,感觉对流、扩散、相变等多种复杂传热过程似乎都有涉及,而且是从数值方法的角度来讲解,这对于我解决实际工程中的一些棘手问题,提供了一个全新的视角。我一直对如何有效地模拟和预测高温环境下的热辐射问题很感兴趣,这本书的“辐射传热的数值模型”章节,如果能提供清晰的算法介绍和算例,那将是非常有价值的。而且,这本书的装订看起来也很牢固,我猜想即使经常翻阅,页脚也不会轻易散开。整体而言,它给我留下了一个专业、严谨、且内容翔实的初步印象,充满了解决复杂科学问题的潜力,让人对接下来的深入学习充满期待。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读博士学位的学生,研究方向涉及到复杂热物理现象的数值模拟。之前阅读过一些基础的数值方法教材,但总觉得在解决前沿的、或者说“高度复杂”的问题时,仍然力不从心。这本书《高等传热和流动问题的数值计算》,从其书名所涵盖的“高等”二字,就预示着它将深入探讨一些更具挑战性的议题。我尤其对书中“自适应网格细化(Adaptive Mesh Refinement, AMR)技术在传热传流问题中的应用”感到好奇。在许多物理过程中,存在着剧烈的梯度,例如激波附近、火焰区域、或者相变界面,传统的均匀网格无法准确捕捉这些细节,而AMR技术能够根据误差的分布自动调整网格密度,从而提高计算效率和精度。我希望书中能详细介绍AMR技术的几种典型算法,例如基于误差估计的网格局部加密和删除策略,以及如何处理AMR网格上的守恒律问题。此外,书中“边界条件的处理和收敛性判定”的部分,我也希望能有更深入的探讨,比如如何处理非线性边界条件,如何对动态边界进行追踪,以及如何更加可靠地判断数值解的收敛性,而不是仅仅依赖于残差的减小。这本书的深度和广度,似乎能够为我深入研究提供重要的理论支撑和方法论指导。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在石油化工行业工作的工程师,日常工作中经常会遇到复杂的传热和流体混合问题。在寻找相关技术书籍时,我被这本书的“多相流传热数值模拟”章节所吸引。我一直觉得,如何精确地模拟气液、液液、或者气固多相体系中的传热过程,是一个巨大的挑战。这本书是否会详细介绍界面捕捉技术,例如VOF(Volume of Fluid)方法,或者散布相模型(Discrete Phase Model)在传热耦合中的应用,是我非常关心的问题。此外,在一些反应器设计中,还需要考虑化学反应与传热传流的耦合,书中“反应-传热-传流耦合模拟”的部分,如果能提供一些关于如何构建和求解耦合方程组的详细步骤,以及考虑不同反应动力学模型对传热影响的讨论,那将非常有价值。我曾经尝试过一些现有的CFD软件,但往往在多相流和化学反应的耦合模拟方面,效果并不尽如人意。我希望这本书能够提供更深层次的理论指导,帮助我理解这些复杂过程的数值模型是如何建立的,以及如何在实际中选择和优化合适的模拟策略。从我的角度来看,一本能够提供如此细致和深入的多相流及反应耦合模拟指导的书籍,是非常难得的。

评分☆☆☆☆☆

老实说,我之前在寻找一本能系统性地讲解复杂流体动力学方程数值求解的书籍时,走了不少弯路。市面上充斥着大量介绍基本数值方法,或者只侧重某个特定领域的书籍。而这本书《高等传热和流动问题的数值计算》,光看书名就觉得它直击痛点。我注意到它在“非结构网格上的有限元方法”这一部分,似乎是在探讨如何处理不规则几何形状下的流动和传热问题,这在实际工程中,比如航空发动机叶片、或者复杂化工设备的内部流动,是经常会遇到的挑战。我特别好奇它是否会提供一些关于网格生成技术、以及如何保证在非结构网格上求解方程精度的讨论。同时,我也希望书中能够对某些经典算例,例如库埃特流、泊肃叶流等,进行数值模拟的深入剖析,不仅仅是给出结果,更重要的是解释其背后的数值算法是如何一步步逼近真实物理过程的。此外,我一直对如何处理湍流模型在数值模拟中的应用感到困惑,希望这本书能提供一些关于RANS、LES等模型的理论介绍,以及它们在传热计算中的具体实现方法,这样才能更好地理解和评估模拟结果的可靠性。总的来说,这本书在我看来,具有很高的理论价值和潜在的实践指导意义,它似乎正在尝试填补我在这方面知识体系中的一些空白。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是,它在努力连接理论与实践的桥梁。我注意到其中一些章节的标题,比如“计算效率的优化策略”和“并行计算在传热传流问题中的应用”,这些都暗示着这本书会触及到实际计算中的性能瓶颈。在进行一些大型CFD模拟时,计算时间往往是最大的限制因素。而如何选择合适的并行计算策略,如何有效地利用多核处理器或者GPU,来加速求解,一直是我关注的重点。如果这本书能提供对MPI、OpenMP等并行编程模型的介绍,并结合一些传热传流问题的具体算例,来演示如何进行并行化改造,那将是非常宝贵的。另外,“计算效率”的提法也引起了我的兴趣,因为在很多工程应用中,需要在保证一定精度的前提下,尽可能缩短计算时间,以满足快速迭代设计的要求。这本书是否会介绍一些关于降阶模型(Reduced Order Models)、或者快速求解算法(如多重网格方法)在传热传流问题中的应用,或者如何设计更紧凑、更高效的离散格式?这对我优化模拟流程,提高计算效率至关重要。

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很不错 叙述清楚

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