Numerical Simulation of Combustion Phenomena

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出版者:Springer
作者:R. Glowinski
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1986-01
价格:USD 44.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780387160733
丛书系列:
图书标签:
  • 燃烧
  • 数值模拟
  • 计算流体力学
  • 传热学
  • 化学动力学
  • 湍流燃烧
  • 火焰传播
  • 燃烧诊断
  • CFD
  • 反应动力学
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具体描述

好的,这是一份关于《数值模拟燃烧现象》(Numerical Simulation of Combustion Phenomena)的图书简介,内容详实,力求专业和自然: --- 《燃烧过程的数值模拟:原理、方法与前沿应用》 内容简介 本书深入探讨了现代计算流体力学(CFD)和化学动力学在模拟复杂燃烧过程中的应用。随着能源需求的增长和对环境排放控制的日益严格,精确理解和预测燃烧现象的内在机制变得至关重要。《燃烧过程的数值模拟:原理、方法与前沿应用》旨在为研究生、研究人员和工业工程师提供一个全面、系统的技术指南,涵盖从基础理论到尖端模型构建的全过程。 本书结构清晰,共分为六大部分,共二十章,循序渐进地构建了燃烧模拟的知识体系。 第一部分:燃烧理论基础与数值方法导论 (Chapters 1-4) 本部分为后续高级内容奠定坚实的基础。首先,我们回顾了化学热力学和反应动力学的核心概念,重点关注如何将宏观的反应速率方程与微观的分子过程联系起来。随后,深入解析了流体动力学的基本方程组——纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations)及其在可压缩流体中的应用。 关键章节详细介绍了数值离散技术。我们对比了有限差分法(FDM)、有限体积法(FVM)和有限元法(FEM)在处理燃烧问题中的优劣。特别地,对于处理激波、火焰锋等强间断结构,本书详细阐述了高分辨率格式(如ENO/WENO格式)的构建原理及其在时间步进策略(如Runge-Kutta方法)中的应用。 第二部分:湍流燃烧建模 (Chapters 5-8) 湍流是自然界和工程中燃烧现象的核心特征。本部分专注于如何有效地在计算框架内捕捉湍流的影响。 湍流模型是本部分的重中之重。我们详细剖析了雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)模型,包括标准$k-epsilon$模型、$k-omega$模型及其在燃烧环境下的修正(如密度修正和热化学影响)。随后,本书将视角转向更精细的模拟方法——大涡模拟(LES)。我们探讨了亚网格尺度(SGS)模型的选择,特别是对于化学反应系统的卷吸模型(如混合模型和扩散速度模型)。对于需要最高精度的研究,本书也概述了直接数值模拟(DNS)在燃烧领域的可行性与挑战。 第三部分:化学反应与输运过程的耦合 (Chapters 9-12) 燃烧本质上是化学反应和动量、能量、质量输运的耦合过程。本部分致力于解决如何在数值框架内实现这种复杂耦合。 化学动力学的处理是本部分的难点和重点。我们介绍了速率方程求解的策略,包括刚性(Stiffness)问题的处理技术,例如使用半隐式或全隐式时间积分方案。针对大型化学机制(如甲烷或生物燃料),本书详细讨论了化学简化方法,如表征反应速率(Skeletal Mechanisms)和层流火焰速度匹配技术。 输运方面,本书详尽分析了对流项的处理,尤其是在火焰锋附近需要精确捕捉质量扩散和热扩散的区域。我们讨论了如何使用有限体积法确保质量守恒,以及如何处理多组分扩散和热扩散的耦合效应。 第四部分:多相流与特殊燃烧模式 (Chapters 13-16) 实际工程中的燃烧往往涉及多相,例如液滴雾化、固体颗粒燃烧或多孔介质燃烧。 本部分首先聚焦于液态燃料的雾化与蒸发建模。我们讨论了欧拉-欧拉(Euler-Euler)和欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架在模拟喷雾燃烧中的适用性,以及液滴内部传热传质的解析模型。对于固体燃料,特别是煤粉或生物质燃烧,本书阐述了焦化(Devolatilization)模型的构建和颗粒破碎过程的模拟。 此外,还专门辟章讨论了多孔介质燃烧(如燃料电池或催化燃烧器)中复杂的流固相互作用和热量交换机制。 第五部分:先进燃烧模型与污染物生成 (Chapters 17-18) 现代燃烧模拟不仅要关注能量释放,更要关注污染物控制。 本书深入探讨了污染物(如$ ext{NO}_x$、$ ext{CO}$和烟炱)的生成与去除机制。我们详细介绍了$ ext{NO}_x$生成的主要路径(如Thermal $ ext{NO}_x$、Fuel $ ext{NO}_x$和Prompt $ ext{NO}_x$),并展示了如何在火焰结构模型中集成这些化学反应。烟炱(Soot)的模拟采用基于群体平衡方程(PBE)的方法,结合了成核、生长和氧化过程。 第六部分:应用案例与新兴技术 (Chapters 19-20) 最后两章将理论与工程实践相结合,并展望未来发展方向。 本部分提供了多个工业应用案例,包括内燃机燃烧室的模拟、燃气轮机燃烧器的设计优化以及工业锅炉的污染物排放预测。这些案例通过对比实验数据,展示了不同模型选择对预测准确性的影响。 展望部分,本书探讨了高效计算技术,如GPU加速计算在燃烧DNS中的应用,以及机器学习方法在加速化学机制简化和湍流模型构建方面的潜力。 目标读者 本书内容深度适宜,既可作为高等工程热物理、计算流体力学相关专业研究生的核心教材,也是渴望将先进模拟技术应用于燃烧器设计、污染物控制和燃烧安全领域的工程师和研究人员的宝贵参考书。掌握本书内容,读者将具备独立构建和求解复杂燃烧问题的数值模型的能力。

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读后感

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用户评价

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我是一名在汽车发动机研发领域工作多年的工程师,对于燃烧效率和排放控制一直是工作的重点。传统的实验方法虽然直观,但在探索新的燃烧模式、优化设计参数方面,周期长、成本高,而且难以深入理解燃烧内部的微观过程。数值模拟技术的发展为我们提供了更强大的工具,能够以前所未有的精度和效率来分析燃烧现象。这本书的名字,简洁而有力,直接点出了其核心内容——燃烧现象的数值模拟。我一直关注着这个领域的发展,也阅读过一些相关的文献和技术报告,但总觉得缺乏一本系统性的、能够将理论、方法和应用有机结合起来的著作。我希望这本书能够填补这一空白,不仅深入讲解燃烧模拟的数学模型和数值算法,更能展现如何将这些工具应用于实际的发动机燃烧室设计和优化。例如,书中是否会介绍如何模拟湍流-化学反应相互作用,如何捕捉火焰传播、熄灭等关键过程,以及如何进行污染物(如NOx、CO、颗粒物)的预测。这本书能否为我们提供一套行之有效的模拟流程和评估方法,是我最为看重的。

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我是一名对科普读物情有独钟的业余爱好者,虽然我的专业背景并非工程或科学,但我对火焰、燃烧等自然现象充满了好奇。我读过一些关于燃烧的科普书籍,但总感觉对背后的科学原理和计算方法缺乏深入的了解。这本书的名字“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”虽然听起来比较专业,但我相信其“Phenomena”一词预示着它会试图解释一些有趣的燃烧现象。我希望这本书能够用一种相对易懂的方式,介绍数值模拟是如何帮助我们理解火焰的形状、颜色、传播速度,以及为什么会产生不同的燃烧模式。我特别好奇书中是否会展示一些精彩的模拟动画或图像,来直观地展现燃烧过程中各种复杂的过程。即使是一些基础的模拟概念,如果能够以清晰易懂的方式呈现,也会让我受益匪浅。

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这本书的书脊设计同样一丝不苟,每一处细节都透露出出版方的用心。我是一名研究生,正在攻读能源动力工程方向,导师最近布置了一个与燃烧数值模拟相关的课题。我之前涉猎过一些燃烧学的书籍,但感觉内容偏向于宏观描述和实验测量,对于深入理解数值模拟的底层逻辑和算法细节还存在不少困惑。我尤其想了解如何将复杂的物理化学模型转化为计算机可执行的代码,以及不同数值方法的优缺点和适用范围。这本书的名字“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”直击我所面临的知识盲区,让我看到了解决问题的希望。我非常关注书中是否会详细讲解有限体积法、有限元法等数值离散技术在燃烧模拟中的具体实现,以及如何处理激波、火焰锋等高梯度区域。同时,我也希望能从中学习到如何对燃烧过程中的化学反应动力学进行建模,例如如何选择合适的化学反应机理,以及如何将化学反应速率方程耦合到流体动力学方程中。这本书能否提供清晰的指导,帮助我从零开始搭建一个简单的燃烧模拟模型,是我最为期待的。

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我是一名大学教师,在能源与动力工程专业教授流体力学和热力学相关课程。在多年的教学过程中,我发现学生们在理解复杂的燃烧现象,尤其是将其与数值模拟方法联系起来时,普遍存在困难。很多教材要么侧重理论推导,要么侧重实验现象,而将两者有机结合,并辅以清晰的数值模拟讲解的书籍相对较少。这本书的名字“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”恰好触及了这个教学痛点。我非常希望这本书能够为我提供一个优秀的教学资源。书中是否会以一种循序渐进的方式,从最基本的控制方程入手,逐步引入燃烧的特殊性,例如化学反应、湍流模型等,并详细阐述各种数值离散格式及其在燃烧问题中的应用。我也期待书中能够提供一些清晰的图示和伪代码,以便我能够更好地向学生解释复杂的数值算法。更重要的是,我希望这本书能够引领学生们认识到,数值模拟不仅仅是解方程,更是理解和解决实际燃烧问题的强大工具。

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我是一名从事消防工程研究的工程师,火焰的传播、燃烧产物的扩散以及灭火剂的有效性,都是我研究的关键问题。数值模拟在消防领域扮演着越来越重要的角色,能够帮助我们预测火灾的发生和发展,评估疏散路线的安全性,以及优化灭火策略。这本书的名字“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”直接切中了我的研究需求。我非常期待书中能够深入讲解如何模拟火焰在不同空间结构中的传播行为,如何预测火灾产生的有毒有害气体浓度,以及如何评估不同灭火剂的灭火机理在数值模型中的实现。我希望能从中学习到如何构建适用于复杂室内环境火灾的模拟模型,以及如何将模拟结果应用于实际的消防设计和应急预案的制定。

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作为一名材料科学领域的博士后研究员,我最近的研究项目涉及到材料在高温燃烧环境下的性能评估。了解燃烧过程的局部温度分布、化学成分以及气流动力学特性,对于预测材料的烧蚀、氧化以及相变至关重要。虽然我的核心领域不是燃烧模拟,但我需要掌握一定的数值模拟知识来支持我的研究。这本书的名字“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”听起来就非常有针对性,能够帮助我理解在极端燃烧环境下,材料所面临的实际物理化学条件。我希望能从中学习到如何定义燃烧区域的边界条件,如何捕捉高温高压下的物质传递和能量传递过程,以及如何评估不同燃烧模式对材料性能的影响。我尤其关注书中是否会讨论如何处理燃烧产生的腐蚀性物质对材料的作用,以及如何通过数值模拟来指导材料的选择和改性。

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作为一名在航空航天领域从事高超声速燃烧研究的学者,我深知在极高速度和高温环境下,燃烧过程的复杂性和数值模拟的挑战性。传统的燃烧模型和方法在这些极端条件下往往失效,需要发展新的数值技术来应对。这本书的名字“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”虽然没有明确提及高超声速,但我相信“Combustion Phenomena”的涵盖范围足够广泛,可能会触及到一些前沿的模拟技术。我非常关注书中是否会讨论如何处理高超声速流动中的激波与燃烧的相互作用,如何模拟高温化学反应速率的急剧变化,以及如何应对数值计算中的稳定性和精度问题。我期待这本书能够提供一些关于适用于高超声速飞行器发动机和再入大气层等极端燃烧环境的数值模拟方法和模型。

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这本书的封面设计相当引人注目,采用了一种深邃的蓝色背景,上面点缀着橙红色的火焰抽象图案,火焰的边缘处理得模糊而富有动感,仿佛真的能感受到燃烧时的炽热。书名“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”以简洁有力的白色字体呈现,字体的选择也透着一种严谨和专业的气息。拿到手里,沉甸甸的质感立刻传递出这是一本内容厚实的学术著作。我是一名对热力学和流体力学都有浓厚兴趣的工程师,尤其是在工作中经常会遇到需要分析燃烧过程的场景。虽然我并不直接从事燃烧模拟的研究,但理解其背后的原理和方法,对于优化我的工作流程、提高产品性能至关重要。我一直希望能找到一本既能系统介绍燃烧模拟基础理论,又能展现前沿研究方向的书籍。这本书的名字恰好契合了我的需求,让我对书中可能涵盖的内容充满了期待,尤其是“Phenomena”这个词,预示着它将不仅仅局限于枯燥的公式推导,还会深入探讨燃烧过程中各种复杂现象的数值模拟方法。我非常好奇它会如何讲解那些看似难以捉摸的火焰动力学、化学反应耦合以及多相流燃烧等问题,并且期待书中能提供一些实际案例的分析,来帮助我更好地理解理论知识的应用。

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我是一名退休的航空发动机专家,在工作期间,我对燃烧室的设计和性能优化有着深刻的体会。我亲眼见证了从传统的经验设计到基于先进数值模拟的转型。尽管我已经离开了工作岗位,但我依然对燃烧模拟技术的发展保持着高度的关注。这本书的名字“Numerical Simulation of Combustion Phenomena”引起了我的兴趣,它勾勒出了一个能够深入解析燃烧过程的强大工具。我希望这本书能够超越基础理论,展示出当前燃烧模拟在解决实际工程问题方面的最新进展。例如,书中是否会涉及高压、高温、高温等极端工况下的燃烧模拟,是否会探讨如何进行燃烧不稳定性、爆震等复杂现象的数值预测。我也期待书中能够提供一些关于模型验证和不确定性量化方面的讨论,这对于确保模拟结果的可靠性至关重要。一本能够兼顾理论深度和工程实践的书籍,将是一笔宝贵的财富。

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作为一名化学工程专业的博士生,我的研究方向是催化燃烧和新型燃料的燃烧特性。在研究过程中,我经常需要依赖数值模拟来预测反应速率、火焰温度、产物分布等关键参数。然而,我之前接触到的模拟软件和文献,往往只关注化学反应部分,或者流体动力学部分,很少有能将两者高度耦合,并详细解释其背后数值方法的书籍。这本书的名字,虽然没有直接提及化学反应,但“Combustion Phenomena”这个词,我相信会包含化学反应过程的模拟。我非常好奇书中将如何处理强化学反应与流体动力学之间的相互作用,如何构建能够准确捕捉燃烧化学动力学的模型,以及如何将其有效地耦合到流体求解器中。我特别关注书中是否会介绍如何处理多组分、多相反应体系,以及如何进行燃烧产物的预测。一本能够深入讲解化学动力学模型构建和数值求解的书籍,对我来说将是极具价值的。

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