Turbulence in Porous Media pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Lemos, Marcelo J. S. de

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:2006-9

价格:$ 254.25

装帧:HRD

isbn号码:9780080444918

丛书系列:

图书标签:

多孔介质
湍流
流体力学
传热
数值模拟
实验研究
地下水
石油工程
气体流动
非达西流动

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具体描述

"Turbulence in Porous Media" introduces the reader to the characterisation of turbulent flow, heat and mass transfer in permeable media, including analytical data and a review of available experimental data. Such transport processes occurring a relatively high velocity in permeable media, are present in a number of engineering and natural flows. De Lemos has managed to compile, detail, compare and evaluate available methodologies for modelling simulating purposes, providing an essential tour for engineering students working within the field. This hotly debated topic of heterogeneity and flow turbulence has never before been addressed in book format. It offers an experimental approach to turbulence in porous media as it discusses disciplines that have been traditionally developed apart from each other.

好的，这是关于一本名为《Turbulence in Porous Media》的书籍的详细图书简介，内容聚焦于该书未包含的主题，力求详尽且自然流畅，不带有任何刻意的痕迹。 --- 图书简介：《流动之境：非线性流体动力学与复杂介质中的多尺度现象》导言：超越经典的视野本书并非传统意义上对多孔介质中湍流现象的直接探讨，而是将视角拓展至一个更为宏大且精微的流体力学领域，专注于非线性流体动力学在各种复杂几何结构和边界条件下的多尺度耦合行为。我们深入研究的焦点在于，当流体动力学方程组的非线性项占据主导地位时，系统如何从层流的有序状态跃迁至混沌的无序状态，以及这种转变如何影响能量传递、物质输运和结构响应。本书的结构建立在一个核心理念之上：理解复杂系统的行为，必须同时掌握其微观尺度的物理机制与宏观尺度的涌现现象。因此，我们系统地梳理了经典Navier-Stokes方程在强非线性区（高雷诺数或高马赫数）下的理论挑战，并引入了现代计算流体力学（CFD）中用于捕捉这些复杂性的新型数值方法。第一部分：非线性动力学的理论基石与挑战本部分旨在为读者构建一个理解非线性流体行为的坚实理论框架，重点不在于多孔介质的渗透性，而在于流体自身的内在不稳定性与动量传递机制。第一章：湍流的结构与统计理论的局限我们首先审视了湍流现象的本质，将其置于一个纯粹的、无约束的自由流体背景下。重点分析了雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 方程的封闭性问题，并详细探讨了大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）在捕捉湍流脉动方面的优势与计算瓶颈。内容涵盖了湍流能量级串的Kolmogorov理论框架，以及对于低阶矩（均方速度波动）和高阶矩（涡量弥散）的统计描述。此处，我们明确不涉及固体骨架的约束效应。第二章：波动、不稳定性和过渡动力学本章聚焦于流体系统如何从稳定状态转变为不稳定状态。我们详细分析了经典的Taylor-Couette流动和平面射流中的剪切层不稳定性（如Kelvin-Helmholtz不稳定性）。书中深入探讨了线性稳定性分析（Floquet理论）在预测失稳临界点上的应用，以及在非线性区域内，局域湍流斑块（Attractors）的形成和传播机制。我们特别关注了由非线性作用引起的系统敏感性，即对初始条件的微小扰动如何导致远场行为的剧烈变化。第二部分：复杂几何中的流场调控与耦合效应本部分将流体的研究对象从简单的管道和平板扩展到具有复杂边界和形状的系统，探讨几何拓扑如何塑造和控制非线性流场。第三章：绕流动力学与涡旋结构本书详细分析了绕过二维和三维钝体（如圆柱、翼型）的流动现象。重点在于理解分离泡的形成、涡脱落的周期性（卡门涡街），以及如何利用边界层控制技术（如吹吸）来延迟或抑制湍流的发生。我们采用了先进的流线拓扑分析方法，以识别和追踪瞬时流场中的涡核、鞍点和节点，这些结构是理解动量和质量传递的关键。这部分内容完全聚焦于外部绕流，不讨论渗透性介质内部的流动。第四章：界面流动与相变动力学本章探索了流体与固体或另一种流体界面相互作用时的复杂性。我们研究了自由表面流（如波浪传播）中的非线性效应，如破碎波（Breaking Waves）的能量耗散机制。同时，还深入分析了气液两相流中的界面演化，特别是液滴破碎和聚并过程中的表面张力梯度效应（Marangoni效应），以及这些界面动力学如何影响整体的输运效率。第三部分：先进计算方法与多尺度建模面对高雷诺数下非线性流动的巨大计算需求，本部分介绍了当前最前沿的数值模拟工具和跨尺度建模策略。第五章：高分辨率计算流体力学技术本章详细阐述了用于求解高非线性问题的数值方法。内容涵盖了高阶精度有限体积法、谱方法以及用于处理复杂几何边界的浸入式边界法（IBM）。我们重点讨论了如何通过自适应网格加密（AMR）技术，在不显著增加计算成本的前提下，精确解析湍流中的小尺度结构。书中对不同时间积分方案（如隐式与显式方法）在处理强非线性项时的稳定性和收敛性进行了对比分析。第六章：数据驱动模型与模型降阶随着数据科学的兴起，本章探索了如何利用实验或高保真模拟产生的大量数据来构建高效的流体模型。我们介绍了基于Proper Orthogonal Decomposition (POD) 的模态分析方法，用以从高维流场数据中提取出主导性的、低维的动力学子空间。此外，书中还探讨了利用深度学习方法（如神经网络）来替代传统湍流模型（如RANS的Reynolds应力项），实现更快速、更具泛化能力的流场预测。这些模型构建完全基于流体自身的动力学特征，而非介质的孔隙结构。结论：复杂性中的秩序《流动之境》提供了一幅关于现代非线性流体动力学的全景图。它引导读者穿越理论的迷雾、计算的挑战，最终认识到即使在看似完全随机的湍流和混沌现象中，也存在着深刻的、可被数学和计算捕捉的内在结构与秩序。本书为对高速流动、先进推进系统、复杂界面现象及前沿计算方法感兴趣的工程师和科学家提供了深刻的见解和实用的工具。