Viscoelastic Solids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Lakes, Roderic S.

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:

价格:119.95

装帧:HRD

isbn号码:9780849396588

丛书系列:

图书标签:

• Viscoelasticity
• Solid Mechanics
• Polymer Physics
• Material Science
• Rheology
• Mechanical Properties
• Constitutive Modeling
• Damping
• Vibration
• Fracture Mechanics

好的，这是一本关于高级计算流体力学（CFD）的专业教材的详细简介，完全不涉及您提到的“Viscoelastic Solids”内容。 --- 高级计算流体力学：从理论基础到复杂多相流模拟 内容概述与目标读者 本书旨在为研究生、高年级本科生以及在工业界从事复杂流体动力学分析的工程师和研究人员，提供一套全面且深入的计算流体力学（CFD）知识体系。它不仅涵盖了经典的可压缩与不可压缩牛顿流体的数值方法，更将重点拓展至当前工程应用中最具挑战性的领域：湍流建模、多相流体动力学（MPFD）以及先进的数值算法与并行计算技术。 本书的核心目标是弥合纯粹的数学理论与高精度工程应用之间的鸿沟。读者在学完本书后，将能够独立地理解、选择、实施和验证复杂的CFD模型，尤其是在航空航天、能源、化工过程以及生物医学工程等前沿领域。 第一部分：理论基石与数值方法重构 本部分对CFD的数学基础进行了系统性的回顾和深化，为后续复杂模型的引入奠定坚实基础。 第一章：流体力学守恒律的CFD视角 本章重新审视了纳维-斯托克斯（N-S）方程组在离散化过程中的挑战。重点讨论了质量、动量和能量守恒的守恒形式与非守恒形式的数学特性差异，以及它们对数值求解稳定性的影响。我们深入探讨了瞬态问题中的时间离散化方案，包括一阶、二阶和高阶的隐式与显式方法，并分析了这些方案在处理高雷诺数流动时的病态收敛问题。 第二章：控制方程的离散化技术 本章是本书的基石，详细剖析了主流的离散化技术： 1. 有限体积法（FVM）的严谨性：强调了FVM在保持物理守恒性方面的优势。重点解析了通量限制器（Flux Limiters）的设计原理，用于在不引入数值振荡的前提下，捕捉激波和强梯度区域。 2. 有限差分法（FDM）的网格适应性：讨论了高阶FDM在处理简单几何体时的精度优势，以及如何通过非结构化网格映射技术将其应用于复杂边界。 3. 有限元法（FEM）与混合方法：介绍了基于形函数的弱形式求解，特别是在处理具有复杂几何边界的固/流耦合问题中的优势，以及与FVM结合的混合方法的最新进展。 第三章：求解非线性方程组的迭代策略 N-S方程的求解依赖于高效的迭代算法。本章不再局限于简单的SIMPLE算法，而是深入探讨了压力-速度耦合的现代解决方案： PISO与更精确的耦合算法：详述了PISO（Pressure Implicit Splitting Operator）算法的迭代层级，并引入了SIMPLEC（Consistent）和C-PISO（Coupled PISO）算法的改进，以提高收敛速度。 代数多重网格（AMG）预条件子：详细阐述了如何利用多重网格技术，有效地解耦稀疏线性系统，特别是在处理具有极高长宽比网格或极高雷诺数流动时的效率瓶颈。 第二部分：湍流建模与高精度模拟 湍流是CFD中最具挑战性的现象之一。本部分专注于提供先进的湍流模型及其数值实现。 第四章：雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的深化 RANS模型仍然是工业应用的主力。本章着重于模型选择与校准： 二阶矩模型：深入讲解了$k-omega$ SST模型的数学构造，特别是其在近壁面处理与自由剪切流过渡区域的优势。讨论了湍流动能传输项的精确建模。 非线性 $k-epsilon$ 模型：分析了传统线性RANS模型在模拟强烈流线曲率和逆压梯度流动（如分离流）时的局限性，并介绍了非线性应力输运（LSD）模型如何通过引入高阶应力项来提高预测精度。 壁面函数的高级应用：详细分析了标准、增强和混合壁面函数在处理粘性底层（Viscous Sublayer）解析时的误差来源，以及如何通过非零壁面条件来提高对复杂边界层的处理能力。 第五章：大涡模拟（LES）与直接数值模拟（DNS）的桥梁 对于需要解析涡结构的应用，本章介绍了亚网格尺度（SGS）建模的精细化： SGS模型的分类与选择：详细比较了Smagorinsky模型、动态SGS模型（DSM）的实现细节，特别是DSM如何通过数据驱动的方式自适应地确定SGS耗散率。 高阶空间离散化在LES中的必要性：讨论了在LES中，低阶FVM可能引入的数值耗散如何“吞噬”真实的湍流能量，从而要求使用至少三阶或四阶的有限差分/有限体积格式。 DNS的计算需求与网格策略：量化了DNS对计算资源的要求，并介绍了如何在特定几何体上设计各向异性网格以适应高波数湍流特征。 第三部分：复杂流体与多物理场耦合 本部分将CFD能力扩展到更贴近实际工程的复杂流体系统。 第六章：多相流体动力学的界面捕捉技术 处理气-液、液-液或气-固多相流是现代CFD的焦点。本章重点介绍界面处理的数值方法： 欧拉-欧拉（E-E）框架：详细解析了双流体模型（Two-Fluid Model）的耦合机制，特别是相间动量交换（曳力、压力梯度）项的建模与数值稳定性。 界面追踪方法（IFM）：深入比较了水平集方法（Level Set Method, LSM）与相场法（Phase Field Method, PFM）在处理界面尖锐化、拓扑变化（如液滴破碎与聚并）时的优劣。 体积平均法（VOF）的鲁棒性：重点讨论了VOF方法中界面重构算法（如PLIC/CICSAM），以确保在高密度比或剧烈界面运动下依然保持质量守恒和几何精度。 第七章：动边界、流固耦合（FSI）与网格运动 处理动边界和结构响应是航空航天和生物力学中的关键问题。 无网格与再网格技术：讨论了ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）描述下的网格变形策略，包括拉伸因子平滑和增量网格映射。 流固耦合的松耦合与强耦合：解析了迭代式（Loose Coupling）与单步式（Strong Coupling）算法的适用场景。重点分析了流体力和结构惯性力在传递界面上平衡的稳定性条件。 浸入式边界法（IBM）：介绍了如何利用虚拟点或渗透力方法将固体边界强加于固定欧拉网格上，以简化复杂几何体的网格生成过程。 第四部分：高性能计算与模型验证 本书最后聚焦于如何将CFD模型转化为可扩展的高效求解器。 第八章：大规模并行计算与内存优化 现代CFD依赖于高性能计算（HPC）。本章探讨了： 域分解与负载均衡：介绍了区域分解技术，包括重叠域与非重叠域方法，并讨论了动态负载均衡在处理非均匀计算量（如多相流界面附近）时的必要性。 MPI与OpenMP的混合编程：针对大规模非结构化网格，详细说明了如何结合MPI进行节点间通信和OpenMP进行节点内线程并行，以最大限度地利用多核CPU架构。 内存访问模式的优化：讨论了数据局部性对CFD求解器性能的关键影响，例如通过着色（Coloring）或重新排序提高稀疏矩阵运算的缓存命中率。 第九章：模型验证、量化不确定性与后处理 数值结果的可靠性是科学工作的核心。 网格收敛指数（GCI）的应用：系统性地介绍了GCI方法，用于量化网格离散化误差，确保结果的可靠性。 湍流模型偏差分析：讨论了如何利用实验数据或高保真模拟结果来评估特定RANS或LES模型的系统性偏差，并进行模型修正。 不确定性量化（UQ）：引入了基于摄动的求解方法，用于评估输入参数（如边界条件、模型常数）变化对最终结果分布的影响。 --- 本书特点： 代码实现导向：每章的理论介绍后，都附有关键算法的伪代码，便于读者将其转化为实际的求解器。 侧重先进问题：大量篇幅用于解决工业界当前面临的复杂问题，如高超声速流动、微尺度效应和非牛顿流体流动。 批判性视角：鼓励读者不仅要会用，更要理解每种模型的内在假设和局限性。 本书是追求计算流体力学高阶能力的工程师和研究人员的必备参考书。

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