Nonlinear Instability, Chaos and Turbulence, Vol. 2 (Advances in Fluid Mechanics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Computational Mechanics, Inc.

作者:Debnath, Lokenath (EDT)/ Riahi, Daniel N. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-02-10

价格:USD 235.40

装帧:Hardcover

isbn号码:9781853127304

丛书系列:

图书标签:

• 非线性动力学
• 混沌
• 湍流
• 流体力学
• 稳定性
• 数值模拟
• 物理学
• 应用数学
• 复杂系统
• 进阶教材

湍流的边界与结构：流体力学前沿进展，第 3 卷 深入探索复杂流体系统的非线性动力学与精确建模 本书是“流体力学前沿进展”系列中的第三卷，聚焦于当代流体力学研究中最具挑战性、同时也是最具应用价值的领域：复杂流体系统的精确建模、非线性耦合效应以及多尺度现象的精确解析。本书汇集了全球顶尖学者的最新研究成果，旨在为固体力学、空气动力学、环境科学以及生物流体力学等领域的资深研究人员和高年级研究生提供一个深入而系统的知识平台，超越传统的线性分析框架，直面实际工程问题中普遍存在的强非线性和高维度的复杂性。 第一部分：复杂边界层动力学与分离流动控制 本部分着重于对高雷诺数流动中，尤其是在具有复杂几何形状和表面粗糙度的边界层内发生的现象进行深入剖析。 1. 钝体绕流中的非定常分离与再附着机制 研究了在不同攻角下，物体后方尾流的动态演化过程。重点分析了卡门涡街的生成、破碎与三维结构的复杂性。采用了高分辨率的延迟时间积分（DTI）技术，揭示了低频压力脉动与涡核脱落周期性之间的非线性耦合关系。探讨了如何通过微小的表面扰动（如等离子体激励器或等离子体尾流导向器）对尾流结构进行精确调控，以期在不增加显著阻力的情况下，实现对分离区域的有效再附着。 2. 多孔介质中的流固耦合效应 本书详细讨论了流体与柔性多孔结构相互作用（FSI）的数值模拟方法。针对生物组织、泡沫金属或土体中的渗流问题，提出了基于浸入式边界法（IBM）与有限元方法（FEM）耦合的新型算法。计算结果强调了孔隙率梯度、介质弹性模量与达西系数之间相互依赖的非线性关系，特别是在高渗透率梯度下，孔隙内流速的局部瞬态加速对结构疲劳寿命的影响。 3. 湍流边界层中的阻力减小技术 超越传统的壁面粗糙度变化或添加聚合物策略，本章侧重于基于主动流体力学控制（AFC）的减阻方案。研究内容包括：利用高频振荡微射流对壁面切应力场进行实时反馈控制，以抑制湍流脉动的生成。通过对比拉格朗日和欧拉视角下的流线分析，明确了最佳控制频率窗口，并评估了不同控制策略对总能量消耗的净效益。 第二部分：非牛顿流体与界面现象的微观尺度建模 本部分将视角转向了对传统牛顿流体假设失效的领域，重点关注高分子溶液、悬浮液以及复杂液体的本构关系和界面动力学。 4. 高分子流体中的链构象转变与剪切稀化 针对高分子熔体和浓缩溶液，详细阐述了基于流变学测量与分子动力学模拟相结合的粘弹性本构模型。特别关注了在极高剪切速率下，高分子链从缠结态（Entangled State）向取向态（Aligned State）的快速转变过程。利用拉曼光谱分析，揭示了链段间作用力在剪切场中的时间依赖性，并讨论了这些微观转变如何宏观地表现为流动的非线性黏度下降（剪切稀化）。 5. 自由表面流动的马兰戈尼效应与润湿动力学 本章深入探讨了在存在表面张力梯度（如温度或浓度梯度）时，液体表面的动态行为。研究了薄膜的涂覆过程和液滴的铺展动力学，其中马兰戈尼效应成为主导因素。通过建立界面上的速度边界条件与浓度梯度场的耦合方程，精确模拟了动态接触角演变过程。特别分析了在微重力环境下，由于重力被消除，表面张力驱动流动的极端非线性特征。 6. 颗粒悬浮液中的非均匀沉降与团聚动力学 针对包含大量固体颗粒的流体（如泥浆、血液或工业催化剂），本部分采用拉格朗日追踪方法（LPT）来跟踪颗粒的运动轨迹。重点在于颗粒间碰撞模型和颗粒-流体能量交换的精确度量。通过引入体积分数阈值和流体剪切速率，构建了预测颗粒在剪切流场中发生非均匀沉降（如形成清晰的沉降层）或团聚（Flocculation）的概率模型。 第三部分：复杂系统中的能量传输与耗散机制 本部分关注在多尺度流动中，能量如何在不同尺度间有效传递和最终耗散的物理过程，这对于高效传热和环境污染物扩散预测至关重要。 7. 多尺度湍流中的能量级串与空隙（Gap）理论 本书对科尔莫哥洛夫的 K41 理论在现代高雷诺数流动中的局限性进行了批判性回顾。引入了新的实验数据，揭示了在某些特定的转捩流场中，湍流能量谱中可能存在“能量空隙”（Energy Gap），即在特定尺度范围内的能量耗散突然减弱。探讨了这些空隙与边界层厚度、剪切层厚度之间的几何关联性，并提出了修正的能量级串模型，用以更准确地估计耗散率。 8. 热传导与对流混合的非线性耦合 研究了在强浮力驱动的流动中，热量传输的效率问题。提出了一个考虑流体粘性耗散与热量平流作用的耦合 Navier-Stokes-Fourier 方程组。通过分析局部佩克莱特数（Peclet Number）的波动，量化了湍流脉动对混合效率的增强效应，尤其是在微通道中的强制对流换热应用中，非线性热边界层的形成机制得到了详细阐述。 9. 大气和海洋中的涡旋结构与物质输运 本书最后将流体力学的原理应用于地球科学。详细分析了中尺度海洋涡旋（Mesoscale Eddies）和大气中的行星波的动力学特性。利用等值势位方法（Isopotential Method），研究了涡旋内部物质（如热量或污染物）的准滞后输运规律。着重讨论了涡旋的生命周期、合并与分裂过程对宏观气候模型中扩散系数参数化的影响，强调了在非均匀背景场中，涡旋作为能量和物质“载体”的非线性角色。 总结 《湍流的边界与结构：流体力学前沿进展，第 3 卷》不仅是一本理论专著，更是一份指向未来流体力学研究方向的蓝图。它要求读者具备扎实的数学物理基础，并鼓励结合高精度计算模拟与先进的实验测量技术，以期在下一代流体系统控制与设计中取得突破。本书旨在促进不同流体力学分支间的交叉融合，特别是在非线性动力学、材料科学与复杂系统理论的交汇点上，提供深刻的洞察力。

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