Technische Hydromechanik, Bd.4, Hydraulische und numerische Modelle, m. CD-ROM pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Verlag Bauwesen

作者:Gerhard Bollrich

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-10-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9783345006821

丛书系列:

图书标签:

• Technische Hydromechanik
• Hydraulische Modelle
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技术流体力学，第 4 卷：水力与数值模型 （本书旨在全面深入地探讨现代水力工程与流体力学研究中的核心理论与应用，重点聚焦于先进的水动力学模型构建、数值模拟技术以及其实际工程应用。本书内容涵盖了从基础的连续介质力学原理到复杂非线性流体现象的精确描述，特别强调了如何利用现代计算工具来解决实际工程中的复杂问题。） --- 第一部分：流体力学基础与连续介质理论的深化 本卷伊始，我们将对经典流体力学原理进行一次系统的回顾与提升，为后续的复杂模型构建奠定坚实的理论基础。重点将放在描述流体运动的控制方程的严格推导及其物理意义的阐释上。 1.1 纳维-斯托克斯方程的深度剖析与变分形式 详细阐述了不可压缩和可压缩牛顿流体的守恒律（质量、动量和能量），并深入讨论了纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程在不同物理情境下的简化与适用性。尤其关注了湍流现象的本质，引入雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，并详细分析了应力闭合问题的挑战与现有主要模型（如 $k-epsilon$, $k-omega$ SST 模型）的物理机制与局限性。此外，本节还将探讨基于泛函理论的强弱解概念，为后续的有限元（FEM）和有限体积（FVM）方法的引入做铺垫。 1.2 湍流结构与统计描述 湍流作为流体力学中最具挑战性的问题之一，将获得专门的章节进行深入探讨。内容包括：湍流统计量（均值、脉动、协方差）、湍流能量级串理论（Kolmogorov 1941 理论的现代解读）、以及对大涡模拟（LES）中亚网格尺度（Subgrid Scale, SGS）模型的需求与构建原理的详尽介绍。强调了湍流各向异性在工程尺度模拟中的重要性。 1.3 边界层理论的精炼与分离流动的处理 回顾普朗特边界层理论，并将其扩展至高曲率和强压力梯度的复杂流动区域。重点分析了边界层分离的机制，并介绍了如何利用边界层修正方法（如基于动量方程的耦合方法）来提高浅水模型和低雷诺数流动模拟的准确性。 --- 第二部分：水力模型的核心：从浅水到三维复杂流场 本部分聚焦于水动力学领域特有的模型构建，特别是针对地表水、地下水和水工结构物相互作用的建模方法。 2.1 浅水方程（SWE）与波浪动力学 详细推导并分析了一维和二维浅水方程（Shallow Water Equations）的非线性特性，包括其双曲守恒律的性质。重点讨论了如何使用高分辨率格式（如 Godunov 型格式、WENO 格式）来捕捉激波和水跃（Hydraulic Jumps）等不连续现象。在波浪动力学方面，介绍了韦伯-波导方程（Boussinesq 方程）及其在浅水波传播中的应用，以及龙格-库塔法在非线性浅水问题时间积分中的实现细节。 2.2 渗流与多孔介质流（地下水动力学） 基于达西定律（Darcy’s Law）和质量守恒，推导出地下水流动的主控方程——庞加莱方程（Poroelasticity 基础）。重点阐述了随机介质（Stochastic Media）的参数描述（如渗透率场的自相关性），并介绍了溶质输运方程（Advection-Dispersion Equation, ADE）的数值解法，特别是对对流项引起的数值弥散（Numerical Dispersion）的抑制技术。 2.3 固液耦合与泥沙运动模型 探讨水力结构对流体运动的反作用力问题，包括流致振动（Fluid-Structure Interaction, FSI）的耦合策略（如单向、弱耦合、强耦合）。在泥沙运动方面，详述了床面应力计算（如 Shield's Criterion、Meyer-Peter/Müller 公式）和输运模型的建立，区分了悬移沙和推移质（Bed Load）的计算方法，并讨论了床面形态变化的反馈机制。 --- 第三部分：数值模拟技术与计算方法论 本部分是本书的重中之重，系统性地介绍了现代计算流体力学（CFD）和计算水力学（C-H）所依赖的核心数值算法，并探讨了软件实现的关键技术。 3.1 有限体积法（FVM）的深入应用 全面介绍 FVM 在处理守恒型偏微分方程（PDEs）中的优势。详细讲解了通量计算的原理，包括：高精度空间离散格式（如 MUSCL 构造、TVD 格式）的构建，以及如何利用黎曼求解器（如 Roe、HLLE 求解器）来精确处理界面上的物理量转换，尤其适用于处理涉及质量和动量传递的界面。 3.2 有限元法（FEM）与混合方法 阐述 FEM 在处理复杂几何结构和弹性/耦合问题上的优越性。重点在于如何将 N-S 方程转化为变分形式，并讨论了稳定化技术（如 Streamline Upwind Petrov-Galerkin, SUPG）在解决对流占优问题中的必要性。介绍了混合有限元方法（Mixed Finite Element Methods）在解耦速度和压力场方面的应用，有效避免了标准 Galerkin FEM 在不可压缩问题中的奇点。 3.3 网格生成与自适应网格技术（AMR） 网格质量直接决定了数值模拟的精度与效率。本节详细介绍了结构化网格、非结构化网格的生成技术（如 Delaunay 三角剖分、四面体/多面体网格划分）。核心内容是自适应网格加密（AMR）策略，阐述了基于误差指标（如梯度、曲率）的网格重划分准则，以及在时间步进过程中保持网格连通性的算法。 3.4 求解器架构与并行计算 探讨大规模水动力学问题所需的求解器架构。包括线性系统的求解策略，如预条件共轭梯度（PCG）方法、GMRES 算法，以及在多处理器环境下实现高效计算的并行化技术（如 MPI 框架下的域分解）。讨论了隐式与显式时间积分方法的选择及其在稳定性与精度之间的权衡。 --- 第四部分：模型验证、不确定性量化与软件实现考虑 最后的章节将目光转向模型的实际应用层面，强调科学严谨性、性能评估以及面向工程需求的软件设计原则。 4.1 模型验证与不确定性分析（Verification and Validation, V&V） 严格区分“验证”（Verification，计算是否正确求解了数学模型）和“校核”（Validation，模型是否准确反映了物理现实）。介绍网格收敛性研究（Grid Convergence Index, GCI）的方法论。引入蒙特卡洛模拟和概率敏感性分析，用于量化输入参数（如边界条件、材料参数）的不确定性如何传递到输出结果中，为工程决策提供可靠的置信区间。 4.2 高性能计算（HPC）中的优化策略 针对三维复杂流场模拟所需的海量计算资源，本节探讨了内存访问优化、缓存友好型算法设计，以及使用 GPU（图形处理器）加速的特定数值内核（如矩阵向量乘法、迭代求解器的预处理）。 4.3 软件设计中的模块化与可扩展性 讨论构建现代水力模拟软件框架的关键原则，包括面向对象的设计理念在流体求解器中的应用、输入/输出（I/O）的性能优化，以及如何设计易于集成新物理模型（如化学反应、生物过程）的可扩展架构。强调面向用户友好的后处理工具链的重要性，使用户能够方便地可视化和提取关键工程数据。 --- 本书特点： 本书不仅停留在理论公式的罗列，而是将前沿的数学方法、先进的数值算法与实际工程需求紧密结合。它面向具备扎实微积分和线性代数基础的研究生、工程师和科研人员，旨在提供一套完整的、可用于解决复杂水动力学问题的理论工具箱和实施路线图。内容兼顾理论的严谨性和计算的实用性。

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我是一名对工程模拟软件开发充满热情的软件工程师，我的工作是为水利和土木工程行业开发定制化的仿真工具。“Technische Hydromechanik, Bd.4, Hydraulische und numerische Modelle”这个书名，预示着它可能包含我需要的底层算法和模型理论。我希望书中在“Hydraulische Modelle”部分，能深入探讨各种水力模型的数学表达式和构建逻辑，这有助于我理解如何将这些模型在软件中实现。我特别关注书中是否会介绍一些高效的数值求解器，比如用于求解大规模方程组的方法，或者处理非线性方程的迭代技术。对于“numerische Modelle”，我希望书中能详细阐述不同数值方法的实现细节，例如网格生成、通量计算、边界条件处理以及稳定性分析等方面。如果CD-ROM中能提供一些模型算法的伪代码、核心函数的实现示例，甚至是一些基础的数值库，那将对我加速软件开发进程，优化计算性能非常有帮助。这本书是否能为我提供构建更强大、更精确的工程模拟软件所需的关键技术支撑，是我最关心的。

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这本书的书名是“Technische Hydromechanik, Bd.4, Hydraulische und numerische Modelle, m. CD-ROM”。 初次拿到这本书，我就被它扎实的标题所吸引。作为一名长期在水力学领域摸爬滚打的研究人员，我一直对如何将复杂的物理现象转化为可计算的模型，以及如何利用数值方法来解决实际工程问题深感兴趣。“Technische Hydromechanik”这个系列本身就代表着严谨和深度，而第四卷聚焦于“Hydraulische und numerische Modelle”，这正是我迫切需要深入了解的领域。我特别期待书中能够详细阐述不同类型的液压模型，例如基于物理原理的模型（如基于守恒定律）和经验模型，以及它们各自的适用范围和局限性。同时，对于数值模型部分，我希望书中能提供清晰的讲解，包括常用的离散化方法（如有限差分法、有限元法、有限体积法），以及它们在处理复杂流体流动问题（如湍流、多相流）时的优势和挑战。CD-ROM的附带，更是让我对其中可能包含的仿真软件、示例算例或者相关的数据库充满了期待，这无疑为理论学习提供了强大的实践支持。总体而言，这本书给我一种“硬核”的感觉，预示着它将是一次深入的、具有挑战性的学习旅程。

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作为一名教授流体力学课程的高校教师，我一直在寻找能够充实我课堂教学内容的优质教材。“Technische Hydromechanik, Bd.4, Hydraulische und numerische Modelle”这个书名，让我看到了将理论与实践相结合的可能。我计划在我的“计算流体力学”或者“水力学高级主题”课程中使用这本书。我期望书中在“Hydraulische Modelle”部分，能够提供清晰的物理概念解释，以及不同模型之间的比较和选择指南，帮助学生理解理论的根源。在“numerische Modelle”方面，我希望书中能循序渐进地介绍数值方法的原理，从基本的离散化技术到更复杂的求解算法，并配以易于理解的数学推导。我特别关注书中是否能提供一些可以用于课堂演示或学生作业的算例，例如如何用数值方法模拟管道流、明渠流或者泵站的运行。如果CD-ROM中包含一些交互式的教学工具或者小型仿真软件，那将极大地增强课堂的趣味性和学生的参与度。这本书能否帮助学生建立起扎实的理论基础，同时培养他们运用数值工具解决实际问题的能力，将是我衡量其价值的关键。

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我是一名对流体力学有着浓厚兴趣的工科在读博士生，我的研究方向涉及到复杂的流动现象。这本书的标题“Technische Hydromechanik, Bd.4, Hydraulische und numerische Modelle”听起来非常契合我的研究需求。我希望书中不仅能提供理论上的深度，更能体现前沿的研究进展。在“Hydraulische Modelle”方面，我期待看到一些关于新型水力模型的研究，例如能够更精确描述非牛顿流体、多相流或者微尺度流动的模型。对于“numerische Modelle”，我希望书中能深入探讨最新的数值算法，比如在求解Navier-Stokes方程时，如何处理高雷诺数流动、复杂几何形状以及自适应网格技术。我特别关注书中是否会介绍一些先进的计算流体动力学（CFD）软件的应用，以及如何结合机器学习等新兴技术来改进模型的预测能力。附带的CD-ROM，如果能提供一些论文研究中使用的精细化模型算例，或者是一些用于学术交流的开源代码，将对我进一步开展研究非常有帮助。我希望这本书能够为我的博士论文提供坚实的理论基础和创新的研究思路。

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作为一名在水利工程设计领域工作的工程师，我一直在寻找能够帮助我更有效地进行水流模拟和预测的工具和理论支持。这本书的标题“Technische Hydromechanik, Bd.4, Hydraulische und numerische Modelle”直接击中了我的需求点。我尤其关注“Hydraulische Modelle”部分，希望能从中学习到如何构建和验证不同尺度的水力模型，比如用于河流、渠道、水库甚至是城市排水系统的模型。这不仅仅是理论知识的堆砌，更是对我实际工作能力的直接提升。例如，书中关于如何选择合适的模型参数，如何进行模型率定和验证，以及如何评估模型的不确定性等方面的内容，对我来说至关重要。对于“numerische Modelle”，我希望能看到一些关于如何将这些模型应用于具体工程问题的案例分析，以及书中介绍的数值方法在处理复杂边界条件、非恒定流以及与地质、结构等耦合问题时的具体实现。附带的CD-ROM，如果能包含一些实用的模型求解器或者相关的代码库，那将是锦上添花，可以直接融入到我的日常工作中，极大地提高工作效率和精度。

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