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出版者:高等教育

作者:燕慶明　等

出品人:

頁數:223

译者:

出版時間:2007-11

價格:22.10元

裝幀:

isbn號碼:9787040225426

叢書系列:

圖書標籤:

• 學習
• 信號與係統
• 電路分析
• 綫性係統
• 傅裏葉變換
• 拉普拉斯變換
• Z變換
• 係統分析
• 控製係統
• 通信原理
• 數字信號處理

好的，這是一本關於《計算流體力學基礎與應用》的圖書簡介： --- 計算流體力學基礎與應用 作者： [此處留空，或填寫作者的專業背景] 齣版社： [此處留空] 頁數/篇幅： 約800頁（包含大量圖錶、算例與源代碼） --- 內容概述 本書旨在為讀者提供一套全麵、深入且實用的計算流體力學（CFD）知識體係。它不僅僅是一本理論教材，更是一本強調實際操作和工程應用的手冊。全書內容橫跨理論基礎的嚴謹推導、數值方法的實現細節、主流求解器的使用技巧，直至復雜工程問題的案例分析。 本書的目標讀者群體廣泛，包括但不限於： 1. 高年級本科生及研究生： 需要係統學習CFD理論和方法，並為畢業設計或研究打下堅實基礎的學生。 2. 工程師與技術人員： 在航空航天、汽車設計、環境工程、能源轉換等領域從事仿真分析和産品研發的專業人士。 3. 科研人員： 希望深入理解數值算法的內在機製，並探索前沿CFD技術的學者。 全書結構清晰，邏輯遞進，從最基本的守恒方程齣發，逐步過渡到復雜的湍流模型和高精度算法。 --- 核心章節與特色 本書內容被精心劃分為六個主要部分，確保理論與實踐的平衡。 第一部分：流體力學與守恒律迴顧（基礎鞏固） 本部分首先對連續介質力學和經典流體力學中的基本概念進行迴顧，重點聚焦於CFD分析的起點——控製體積和微分形式的守恒方程。 流場描述與坐標係： 詳細闡述瞭拉格朗日和歐拉描述的異同，以及在笛卡爾、柱坐標和球坐標係下納維-斯托剋斯（N-S）方程的完整形式。 物理模型與假設： 區分牛頓流體與非牛頓流體，深入探討不可壓縮假設與可壓縮流動的判據。著重講解瞭能量方程的建立與熱力學耦閤的初步概念。 第二部分：離散化基礎與代數方程的構建（核心方法） 這是CFD方法論的核心所在。本部分詳細解析瞭如何將連續的偏微分方程（PDEs）轉化為可由計算機求解的離散代數方程組。 空間離散技術： 詳盡比較瞭有限差分法（FDM）、有限體積法（FVM） 和 有限元法（FEM） 的數學原理、適用範圍及各自的優缺點。重點闡述FVM在處理守恒性方麵的優勢。 時間離散技術： 討論瞭顯式（如歐拉前嚮）和隱式（如歐拉後嚮、Crank-Nicolson）時間步進方案，並分析瞭其穩定性和精度（CFL條件）。 第三部分：壓力-速度耦閤與綫性方程組求解（求解器關鍵） 處理N-S方程中壓力與速度之間的耦閤是CFD求解的難點。本部分聚焦於解決這一問題的經典算法。 SIMPLE族算法的深度解析： 詳細推導瞭 SIMPLE、SIMPLER、PISO 算法的每一步迭代過程，並分析瞭收斂性控製參數（鬆弛因子）對解的穩定性的影響。 綫性係統求解器： 介紹瞭直接法（如高斯消元法）在大型稀疏矩陣上的局限性，並重點講解瞭迭代求解器，包括共軛梯度法（CG）、雙共軛梯度法（BiCGStab） 以及多重網格法的基本思想。 第四部分：網格生成與質量評估（前處理環節） 仿真結果的可靠性在很大程度上取決於計算網格的質量。本部分提供瞭網格生成和評估的實用指導。 網格拓撲結構： 區分結構化網格（I-J-K索引）、非結構化網格（單元拓撲）和混閤網格。討論瞭貼體坐標係的生成原理（如橢圓方程法）。 網格質量指標： 引入正交性、平滑度、縱橫比（Aspect Ratio） 等關鍵指標，並展示瞭如何通過網格重構（如局部加密）來優化計算域的離散化。 邊界層處理： 詳細討論瞭近壁麵網格的構建策略，以及 $y^+$ 無量綱壁麵距離的概念及其在湍流模型選擇中的作用。 第五部分：湍流建模與高級物理現象（模型化進階） 對於大多數工程問題，流動都是湍流的。本部分係統梳理瞭描述湍流的數值方法。 雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）模型： 深入剖析瞭經典的 $k-epsilon$ 模型（標準、RNG、Realizable三種）和 $k-omega$ 模型（包括SST模型）的輸運方程、源項和關閉關係，並結閤算例說明瞭模型選擇對結果精度的影響。 大渦模擬（LES）與直接數值模擬（DNS）： 對LES的亞網格尺度（SGS）模型進行瞭介紹，並簡要闡述瞭DNS的計算成本與研究價值。 傳熱與多相流： 探討瞭輻射、對流和傳導的耦閤計算方法，以及歐拉-歐拉（E-E）和歐拉-拉格朗日（E-L）等基本的多相流耦閤策略。 第六部分：後處理、驗證與工程應用案例（實踐檢驗） 理論學習必須通過實踐來檢驗其有效性。 結果後處理與可視化： 介紹如何有效地提取和展示流場數據，如繪製等值麵、流綫、矢量圖，以及計算升阻力係數等積分量。 CFD求解的可靠性評估： 引入網格無關性驗證（Grid Independence Study）和解的收斂性判據，強調工程仿真報告的規範性要求。 典型工程算例： 包含對外部流（翼型繞流阻力預測）、內部流（管路流動與水泵性能）、燃燒（簡化的反應流）等多個領域的深度案例分析，這些案例均提供詳細的建模步驟和結果討論。 --- 本書的獨特貢獻 本書的一大特色是其麵嚮開源工具的教學導嚮。在講解具體算法的同時，書中附帶瞭大量的僞代碼和基於Python/MATLAB的簡化算例代碼片段，幫助讀者理解“代碼是如何實現方程的”。這使得讀者不僅知道“計算什麼”，更知道“如何計算”。 此外，本書對物理約束與數值約束的平衡給予瞭高度重視，避免瞭純數學推導的孤立性，確保讀者在麵對實際工程限製（如計算資源、時間限製）時，能夠做齣最閤理的模型選擇和方法摺衷。 通過對計算流體力學各個環節的深度剖析，《計算流體力學基礎與應用》緻力於成為連接學術理論與工程實踐之間的堅實橋梁。 ---

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