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《电化学工程基础》介绍电化学工程的基本概念与原理，内容包括电化学过程的物料管理和能量管理、电极反应动力学、电化学体系中的质量传递和电流分布、电化学反应器的设计与操作特性分析、燃料电池的模拟等。书中选编了部分计算例题和复习思考题，以便读者掌握原理，学以致用。
现代计算流体力学（CFD）及其在工程中的应用 本书全面深入地探讨了计算流体力学（CFD）的理论基础、数值方法以及在现代工程领域中的广泛应用。 旨在为研究生、高级本科生以及从事相关领域研究和开发的工程师提供一本结构严谨、内容详实的专业参考书。 本书内容组织遵循从基本原理到复杂应用逐步深入的逻辑顺序，确保读者能够系统地掌握CFD的核心概念和技术。 --- 第一部分：流体力学与数学基础回顾 本部分着重于回顾CFD建立所依赖的流体力学基本守恒定律和必要的数学工具。 第一章：流体力学基础概念的重温与扩展 本章首先回顾了流体的基本性质，如密度、粘度、表面张力等，并清晰界定了牛顿流体和非牛顿流体的概念。随后，重点讲解了流体力学描述的三个核心方程——质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程，Navier-Stokes Equations）和能量守恒方程的物理意义及其张量形式表达。此外，还对不同流态（层流与湍流）的特性进行了深入的辨析，为后续湍流模型的选择打下基础。 第二章：偏微分方程（PDEs）与数值方法的桥梁 本章是连接理论与数值计算的关键。详细阐述了描述流体运动的偏微分方程的数学分类（椭圆型、抛物线型、双曲型），并解释了这些分类如何决定了数值求解策略的选取。本章还引入了有限差分法（FDM）的基本思想，包括泰勒级数展开在离散化中的应用，以及如何评估离散格式的一致性（Consistency）、稳定性（Stability）和收敛性（Convergence）这三大核心性质。 --- 第二部分：核心数值求解技术 本部分聚焦于CFD中最常用且最关键的离散化方法，特别是处理复杂边界和非线性问题的技术。 第三章：有限体积法（FVM）的原理与实施 有限体积法是现代商业CFD软件中最主流的离散技术。本章将重点介绍FVM的推导过程，即如何在控制体积上对守恒方程进行积分，从而确保离散方程在任何局部区域都严格遵守守恒律。内容涵盖： 通量计算： 界面上的变量插值策略（迎风格式、中心差分格式等）及其对稳定性和精度的影响。 离散化线性系统： 如何将非线性偏微分方程转化为大型代数方程组（$mathbf{A}mathbf{x} = mathbf{b}$）。 非结构化网格处理： 讨论如何在不规则几何体上建立和应用FVM，这是处理复杂工程问题的基础。 第四章：压力-速度耦合算法 Navier-Stokes方程在处理不可压缩流时存在一个固有的耦合问题，即动量方程中速度的求解依赖于压力梯度，但压力本身没有独立的演化方程。本章深入剖析了解决这一难题的经典算法： SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）算法族： 详细分解SIMPLE、SIMPLER、PISO和SIMPLEC等算法的迭代流程、压力修正方程的推导，以及这些方法在瞬态与稳态问题中的适用性。 迭代收敛加速技术： 讨论代数解耦过程中的预处理技术（如代数多重网格AMG）在加速求解大型稀疏矩阵中的作用。 第五章：湍流模型与雷诺平均（RANS）方法 湍流是流体力学中最具挑战性的现象之一。本章专注于工程中最常用的RANS方法及其核心模型： 湍流的统计描述： 介绍雷诺应力、湍流运动粘度等概念。 经典两方程模型： 详细讲解 $k-epsilon$ 模型（标准、Realizable等改进版）和 $k-omega$ 模型的数学形式、输运方程的构造，以及它们在壁面边界层处理上的差异和适用范围。 剪切力线模型（Algebraic Shear Stress Models）： 简要介绍 Spalart-Allmaras（S-A）模型的结构及其在边界层流动中的优势。 --- 第三部分：高级主题与应用前沿 本部分将视角从标准稳态求解扩展到更复杂、更贴近实际工程需求的领域。 第六章：瞬态流动模拟与时间离散化 对于捕捉涡旋脱落、燃烧振荡等时变现象，瞬态求解至关重要。本章探讨了时间方向上的离散方法： 一阶与二阶隐式/显式时间推进格式： 分析欧拉法、Crank-Nicolson格式的稳定性和精度要求。 定常/非定常残差的平衡： 讨论在瞬态求解中，如何平衡时间步长限制与代数迭代收敛速度之间的关系。 第七章：多相流与组分输运 许多工业过程涉及多相流（如气液、固液、气固）。本章将概述处理复杂流体系统的主要模型： 拉格朗日描述（DPM）： 粒子追踪模型在污染物扩散、雾滴蒸发等问题中的应用。 欧拉-欧拉模型： 介绍双流体模型的守恒方程组，特别是相间动量交换（阻力、升力）的建模，适用于沸腾和气力输送。 第八章：网格生成、质量控制与后处理技术 CFD的准确性在很大程度上取决于网格质量。本章将实用性地指导读者如何构建高质量的计算网格： 几何清理与边界层网格： 讨论如何处理复杂的CAD模型，以及在壁面附近生成高质量的楔形或六面体网格的重要性。 网格适应性加密（Adaptive Mesh Refinement, AMR）： 介绍如何根据局部流场特征（如梯度、涡度）自动优化网格分布，以提高计算效率和精度。 结果可视化与工程验证： 讲解如何使用先进的后处理工具（如等值面、矢量图、Q准则等）有效地解读和验证模拟结果，并强调与实验数据的对比验证流程。 --- 本书特点： 理论与实践紧密结合： 每章的理论推导后都附带详细的算例分析，展示了如何将数学模型转化为可执行的CFD设置。 面向工业应用： 强调处理实际工程中常见的网格畸变、数值不稳定性等“脏问题”的解决方案。 深入探讨建模假设： 不仅仅是介绍方程，更重要的是引导读者理解每种模型（如湍流模型）的物理局限性和适用边界。 本书为有志于利用先进数值方法解决热传导、流动机理分析、设备设计优化等复杂工程问题的专业人士，提供了坚实的理论基础和全面的技术指导。
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