Dynamical Systems Approach to Turbulence (Cambridge Nonlinear Science Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Tomas Bohr

出品人:

页数:372

译者:

出版时间:2005-08-22

价格:USD 55.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521017947

丛书系列:Cambridge Nonlinear Science Series

图书标签:

• 非线性
• 数学
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• Dynamical Systems
• Nonlinear Dynamics
• Fluid Mechanics
• Chaos
• Mathematical Physics
• Cambridge Nonlinear Science Series
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好的，这是一本关于计算流体力学与湍流建模的图书简介。 --- 《计算流体力学与湍流建模：从理论到工程应用》 作者： [此处应填写作者姓名] 出版社： [此处应填写出版社名称，例如：麻省理工学院出版社] 系列： [此处应填写系列名称，例如：先进流体物理学系列] ISBN： [此处应填写ISBN号码] 页数： 约 650 页 规格： 精装，17 x 24 厘米 定价： [此处应填写价格] --- 内容简介 本书深入探讨了现代计算流体力学（CFD）在处理复杂湍流流动问题中的核心理论、数值方法与工程实践。它旨在为研究生、研究人员以及在航空航天、能源、环境科学和生物工程领域工作的工程师提供一个全面且严谨的知识框架。本书的重点在于如何有效地将复杂的物理现象——湍流——转化为可解的数值模型，并利用高性能计算平台进行高保真度的模拟。 第一部分：湍流的基础物理与统计描述 本部分首先回顾了经典的流体力学背景，特别是纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组。随后，重点转向湍流的本质特性，如随机性、多尺度性和各向异性。 第1章：流体力学回顾与湍流的界定 详细阐述了可压缩与不可压缩流动的控制方程，引入了雷诺数（Reynolds Number, Re）的概念，并解释了层流向湍流过渡的关键判据。着重分析了湍流流动的统计学特性，包括平均量、脉动量、湍流强度和各向异性张量。 第2章：雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程 系统推导了RANS方程，这是工程应用中最广泛的湍流模型基础。重点讨论了“雷诺应力项”（Reynolds Stress Term）的闭合问题，并介绍了动量方程和能量方程的平均化处理。 第3章：湍流的频谱理论与尺度分离 从Kolmogorov的能量级串理论出发，解释了湍流中的能量级联过程。引入了时间尺度和空间尺度的概念，为后续的亚格子尺度（Subgrid Scale, SGS）建模奠定理论基础。讨论了涡旋的生成、发展和耗散机制。 第二部分：主流湍流模型及其构建 本部分详细剖析了当前主流的湍流建模范式，侧重于模型的物理意义、数学形式和适用范围。 第4章：经典的两方程湍流模型 深入讲解了基于输运方程的湍流模型，特别是$k-epsilon$模型和$k-omega$模型。详细分析了模型的方程结构、源项和扩散项的构建，以及在近壁面处理（壁面函数与低雷诺数修正）上的区别和优劣。 第5章：应力输运模型（Reynolds Stress Model, RSM） 本章将RSM置于一个更高级的理论地位，展示了如何通过求解六个雷诺应力分量和一个耗散率方程来避免对手动修正的依赖。讨论了RSM在处理复杂非均匀流动（如二次流和逆压梯度流）时的优势与计算成本。 第6章：亚格子尺度（SGS）建模与大涡模拟（LES） 这是对高精度模拟方法的深入探讨。详细阐述了LES的基本原理，即将大尺度涡流直接求解，而对小尺度涡流进行建模。重点介绍Smagorinsky模型、动态模型（Dynamic Procedure）以及粘性子网格模型。讨论了LES在需要解析瞬态结构和动量交换问题中的重要性。 第三部分：数值方法与高保真模拟技术 本部分聚焦于如何将理论模型转化为可靠的数值解，特别是在处理高度非线性和高对流主导的问题时。 第7章：有限体积法与离散化技术 系统介绍了有限体积法（FVM）作为CFD核心离散框架的构建过程。详细分析了空间离散化方案（如迎风格式、中心差分）对数值稳定性和精度的影响。重点讨论了如何处理对流项的主导作用。 第8章：压力-速度耦合算法 全面解析了求解不可压缩N-S方程组的关键——压力修正算法。详细对比了SIMPLE、PISO和Crank-Nicolson等算法在收敛速度和物理合理性上的差异。讨论了在高对比度网格下的压力修正策略。 第9章：高分辨率数值方法与非定常模拟 针对 LES 和直接数值模拟（DNS）的要求，本章引入了高阶空间离散化方法，如紧致格式和谱方法。详细论述了时间推进策略，包括显式、隐式和半隐式方法，以及如何确保大时间步长下的稳定性。 第四部分：湍流模拟的工程应用与验证 本部分将理论和方法论与实际工程问题相结合，强调模型验证与结果解读。 第10章：流动分离与再附着问题的模拟 以机翼绕流、管道弯管等经典案例为例，展示了RANS模型在预测流动分离点时的局限性，以及LES/DES如何提供更精确的物理图像。讨论了压力梯度对湍流模型参数的影响。 第11章：多相流与燃烧中的湍流耦合 探讨了当湍流与相变（如气泡、液滴）或化学反应耦合时的挑战。介绍了欧拉-欧拉（Euler-Euler）和欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）框架下，湍流对分散相输运的影响建模。 第12章：模型验证、校准与不确定性量化（UQ） 本章强调了科学严谨性。介绍了实验数据（如PIV, LDA）与数值模拟结果的对比验证方法。讨论了湍流模型参数的敏感性分析和不确定性量化技术在评估模拟可靠性中的应用。 本书特色 理论深度与实践广度并重： 既深入推导了湍流模型的数学基础，也提供了实际CFD软件（如Fluent, OpenFOAM）中参数设置的指导原则。 聚焦现代计算挑战： 大量篇幅用于介绍LES、DES等高分辨率方法，反映了当前湍流研究的前沿方向。 清晰的结构与丰富图表： 包含大量的流场可视化图例、参数敏感性曲线和收敛性分析图，便于读者直观理解复杂的物理概念。 目标读者： 计算流体力学、航空航天工程、机械工程、环境工程等领域的学者、研究生和专业工程师。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，色彩的运用大胆而富有张力，黑与白的对比营造出一种既神秘又充满力量感的氛围。纸张的手感温润厚实，翻开扉页时，那种墨香混杂着印刷品的独特气味，让人瞬间沉浸到一种专注阅读的状态中。我特别喜欢它字体排版的选择，无论是正文的衬线体还是图表的无衬线体，都恰到好处地平衡了可读性和专业性，长久阅读下来眼睛也不会感到疲惫。内页的留白处理得非常精妙，使得复杂的公式和密集的文字之间有了呼吸的空间，这在学术著作中是极为难得的。装帧工艺扎实可靠，即便是经常翻阅，也丝毫没有松散的迹象，可见出版方在细节上的用心。这本书的整体美学表达了一种严谨而不失艺术性的态度，仅仅是把它放在书架上，都觉得提升了整个房间的格调，让人在视觉和触觉上都能感受到它作为一本高质量学术书籍的价值所在。

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与其他同类专业书籍相比，这本书的索引和交叉引用系统做得格外细致和人性化，这极大地提高了其作为参考手册的可用性。我发现自己可以非常高效地在不同章节之间跳转，追踪某个特定概念的起源或延伸讨论，而不需要依赖模糊的记忆或反复翻阅厚厚的目录。书末的参考文献列表组织得清晰有序，不仅包含了经典文献，还收录了许多近期的重要进展，这对于希望进行深入研究的读者来说，是探索新方向的绝佳起点。此外，书中出现的许多术语，都在第一次出现时得到了简洁明了的界定，这对于跨学科的读者尤其友好。总而言之，这本书在设计之初就充分考虑了读者的“使用体验”，它不仅是一部知识的宝库，更是一个设计精良、易于导航的知识地图，真正体现了学术著作应有的严谨与贴心。

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作者在叙事上的节奏把握堪称一绝，他似乎深谙如何引导读者的思维，从最基础的概念出发，步步为营地构建起宏大的理论框架。阅读的过程，就像是跟随一位经验丰富的向导，穿越一片迷雾重重的知识丛林。他处理复杂数学工具时的那种娓娓道来的耐心和清晰度，让人感到那些原本望而生畏的偏微分方程和张量分析，似乎也变得可以亲近起来。举例来说，他对非线性动力学中“吸引子”概念的阐述，不是生硬地堆砌定义，而是通过一系列生动且具有启发性的物理或几何类比来渗透理解，这种教学上的匠心独运，极大地降低了初学者的入门门槛。全书的逻辑链条设计得如同一张精密的网，前后的呼应和铺垫做得天衣无缝，使得知识的迁移和累积过程非常自然流畅，不会出现那种“突然跳跃”的突兀感。

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本书在理论深度与实际应用之间的平衡拿捏得恰到好处，展现了一种深刻的洞察力。它并没有沉溺于纯粹的数学构造，而是始终将理论置于可以解释现实世界问题的背景之下。例如，在介绍特定的扰动理论时，作者总是会紧接着引出一个具体的工程案例或自然现象的简化模型，让读者能够清晰地看到这些抽象工具的实际效用。这种“理论服务于实践”的编写思路，使得阅读过程充满了探索的乐趣，仿佛我手中的这本书不仅仅是一本教科书，更像是一份高级研究工具箱的说明手册。这种务实的态度，对于那些希望将前沿理论应用于解决实际工程难题的研究人员来说，具有不可替代的价值，它提供了一种坚实的桥梁，连接了理论物理的殿堂与工程应用的前线，让人感到所学知识的“落地性”极强。

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这本书的配图质量达到了一个令人惊叹的水平，它们远非简单的示意图或辅助说明，而是深入理解核心机制的必要窗口。无论是相平面图上轨迹的演化，还是庞加莱截面上奇异点的描绘，每一张插图都经过了精心优化，清晰度极高，层次分明。我尤其欣赏那些彩色图像的处理，颜色选用不仅赏心悦目，更关键的是，它们准确地映射了物理量的分布或系统状态的变化，比如对相空间中混沌运动路径的可视化，那些斑斓的色彩仿佛在向读者低语系统的内在奥秘。图注的撰写也极其到位，简短精炼却信息量爆炸，常常能起到“画龙点睛”的作用，让我能迅速抓住图像背后的物理意义，而无需反复查阅正文。对于任何依赖直觉和可视化来理解复杂系统的研究者来说，这套图文并茂的呈现方式，无疑是一大福音，极大地提高了学习和研究的效率。

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