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出版者:Johns Hopkins Univ Pr

作者:Hamerman, David

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2007-11

价格:$ 53.11

装帧:HRD

isbn号码:9780801886928

丛书系列:

图书标签:

• 老年学
• 生物科学
• 衰老
• 健康
• 医学
• 生物技术
• 细胞生物学
• 分子生物学
• 生理学
• 疾病

好的，这是一本名为《Advanced Computational Fluid Dynamics in Aerospace Applications》的图书简介，严格按照您的要求撰写，不包含《Geriatric Bioscience》的任何内容，力求详实且自然。 --- 图书简介：《Advanced Computational Fluid Dynamics in Aerospace Applications》 导论：精确模拟的时代呼唤 在二十一世纪的航空航天领域，设计、优化和认证任何飞行器或航天器的效率与安全性，都越来越依赖于对复杂流体动力学现象的精确理解。从超音速客机的跨音速气动布局，到火箭发动机内部的燃烧室湍流，再到卫星在稀薄大气层中的气动热效应，传统的风洞试验和解析方法已无法独立应对现代工程面临的巨大挑战。 《Advanced Computational Fluid Dynamics in Aerospace Applications》正是在这一时代背景下应运而生的一部重量级著作。本书旨在为航空航天工程师、高级研究生以及专业研究人员提供一套系统、深入且高度实用的先进计算流体力学（CFD）理论框架及其在尖端航空航天工程中的具体应用方法。 本书超越了基础的Navier-Stokes方程求解入门，直击当前CFD领域最前沿、最具挑战性的课题，聚焦于如何利用超级计算资源，构建出能够准确预测真实物理现象的数值模型。 --- 第一部分：理论基石与高精度数值方法 本部分专注于为读者打下坚实的理论和方法论基础，确保读者能够理解复杂数值模型背后的数学原理与局限性。 第1章：湍流模型的前沿进展与局限性分析 湍流，作为流体力学中最棘手的问题之一，仍是制约航空航天CFD精度的主要瓶颈。本章深入探讨了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的最新发展，例如高阶各向异性模型（如Explicit Algebraic Reynolds Stress Model, EARSM）和修正的壁面函数技术。重点分析了现有模型的失效机制，特别是在涉及强烈分离流、非平衡流和复杂旋涡结构时的表现。 第2章：分离尺度模拟的范式转移：DES与LES的融合 本书详细阐述了混合RANS/LES方法——分离涡模拟（Detached Eddy Simulation, DES）的最新迭代（如Delayed DES, IDDES）及其在捕捉分离泡和再附着区域的优越性。紧接着，对大涡模拟（LES）在处理高雷诺数、三维非定常流场中的计算成本与误差来源进行了批判性评估，并提供了先进的亚格子模型（Subgrid-Scale Model）选择指南。 第3章：高精度空间离散化技术 针对激波捕获和边界层解析的精度需求，本章详尽解析了超越传统有限体积法的技术。内容涵盖高阶紧致有限差分格式（Compact Finite Difference Schemes）、加权本质无振荡（WENO）格式的最新变体，以及在高阶网格（如多层网格）上的局部高精度技术实现。特别关注了如何将这些方法与非结构化网格高效结合。 第4章：动网格与时域自适应方法 对于涉及机构运动（如襟翼偏转、起落架收放）和流固耦合（FSI）的瞬态问题，动网格技术至关重要。本章重点介绍了ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）框架下的网格重构算法，包括平滑技术、网格修复策略，以及时间步长在求解非定常方程组时的自适应步长控制机制。 --- 第二部分：尖端航空应用：跨越马赫数的挑战 本部分聚焦于将理论模型转化为实际的空气动力学工程解决方案，涵盖了从亚音速到高超音速的全部飞行包线。 第5章：跨音速气动外形优化与设计 本书探讨了如何利用伴随方法（Adjoint Methods）进行高效的气动外形优化。详细介绍了伴随方程的推导、离散化误差的评估，以及在大规模参数空间中寻找全局最优解的启发式算法（如遗传算法与粒子群优化在CFD中的应用）。重点分析了如何通过优化设计消除激波阻力和气动弹性耦合。 第6章：高超音速流动的稀薄气体效应与化学反应 在再入飞行器和高超音速飞行器设计中，流场参数显著偏离理想气体假设。本章深入分析了基于纳维-斯托克斯方程的稀薄气体效应模型（如DSMC/Navier-Stokes混合方法），并详细介绍了化学反应动力学（如九组分或十一组分模型）在气动热分析中的耦合求解策略，以及其对表面传热壁面边界条件的影响。 第7章：复杂推进系统内部流场分析 火箭发动机、冲压发动机和涡轮风扇叶片的内部流场模拟是CFD的另一大应用难点。本章着重介绍了多相流模型（如Eulerian-Eulerian和VOF方法）在液体燃料喷雾雾化和燃烧室混合/燃烧过程中的精确建模，以及如何处理高压、高热流密度下的壁面热载荷预测。 --- 第三部分：新兴领域与未来展望 本部分展望了CFD在未来航空航天任务中的关键作用，特别是对多物理场耦合和不确定性量化的探讨。 第8章：气动弹性（Aeroelasticity）与流固耦合（FSI） 本书详细阐述了结构动力学模型与流体动力学模型之间的高效双向耦合算法。涵盖了基于分区（Partitioned）和集中式（Monolithic）的求解策略，并重点分析了在颤振分析、气动耦合振动（ACV）和复合材料结构响应预测中的稳定性与收敛性控制技术。 第9章：量化不确定性：可靠性驱动的设计（RBDO） 在安全关键的航空航天系统中，仅仅得到一个“最优”结果是不够的，必须量化结果的可靠性。本章介绍了如何将概率论和统计学方法融入CFD流程中，包括随机输入参数的生成、代理模型的构建（如高斯过程回归），以及如何利用CFD模拟结果来确定设计的可靠性指标。 第10章：面向AI的CFD：数据驱动的建模与加速 最后，本章探讨了机器学习（ML）和深度学习（DL）在加速CFD流程中的潜力。内容包括：如何利用神经网络替代传统湍流模型中的部分高成本计算项（Physics-Informed Neural Networks, PINNs的初步应用），以及如何利用数据驱动方法来校正模型偏差，提升CFD预测的泛化能力。 --- 结语 《Advanced Computational Fluid Dynamics in Aerospace Applications》不仅是一本教材，更是一本技术手册，它系统地梳理了从基础方程到前沿应用的完整脉络。通过对数学严谨性和工程实用性的完美平衡，本书将使读者有能力驾驭下一代飞行器的设计挑战，推动航空航天工程进入一个更加精确、高效和可信赖的模拟时代。 目标读者： 航空航天工程师、机械工程、流体力学、应用数学等相关专业的硕士及博士研究生、科研机构的资深研究人员。 关键词： 计算流体力学、湍流建模、LES、高超音速、流固耦合、伴随方法、气动优化、不确定性量化。

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