Numerical Simulation of Turbulent Flows and Noise Generation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Munz, Claus-Dieter

出品人:

页数:340

译者:

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价格:$ 281.37

装帧:

isbn号码:9783540899556

丛书系列:

图书标签:

• 湍流模拟
• 计算流体力学
• 噪声生成
• 数值方法
• CFD
• LES
• DNS
• 声学
• 湍流
• 模拟

图书简介：《复杂流体动力学：从理论到应用》 导论：跨越界限的流体力学新篇章 本书旨在为读者提供一个关于现代流体力学，特别是复杂流体行为及其工程应用的全面而深入的视角。它并非仅仅是传统流体力学原理的重复，而是聚焦于那些超越经典假设（如不可压缩、无粘性）的、需要高级数学和计算工具来解析的复杂流动现象。本书的结构设计旨在引导读者从基本的守恒定律出发，逐步深入到湍流、多相流、非牛顿流体以及微尺度流动等前沿领域，强调理论与实际工程问题的紧密结合。 第一部分：流体力学基础的深化与扩展 本部分首先回顾了流体力学中的核心方程——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程，但重点在于分析这些方程在不同物理边界条件下的解析困难。我们详细探讨了如何利用张量分析和微分几何的工具来更精确地描述流体运动的内在特性，如涡度、应力张量和动量守恒的非线性本质。 随后，本书引入了对湍流现象的定性描述，区分了层流、间歇性湍流和完全湍流的特征。我们着重分析了湍流的统计特性，包括雷诺应力张量、脉动速度的概率密度函数（PDF）分析，以及湍流闭合问题的核心困境——即如何用比原始方程低阶的描述来准确捕捉高阶矩的行为。本部分为后续的计算流体力学（CFD）方法奠定了理论基础。 第二部分：多物理场耦合与非传统流体 现代工程系统很少只涉及单一的、理想化的流体。因此，本书投入了大量篇幅讨论多物理场耦合问题。这包括流固耦合（FSI），例如结构在强气动载荷下的变形与流场的反馈作用；以及热流体动力学，重点分析可压缩流中的激波与热传递的相互作用，特别是超音速和高超音速流动中的化学反应和辐射效应。 非牛顿流体是本书关注的另一个重要领域。我们系统性地介绍了黏塑性流体（如水泥、血液）、剪切增稠流体和剪切稀化流体（如聚合物溶液）的本构关系。通过考察这些流体中应力与应变率之间的非线性关系，读者将理解为何传统的伯努利原理或简单的粘度概念在描述这些流体时完全失效。此外，多相流的描述，包括气-液、气-固和液-液体系，将侧重于界面演化、相间动量和质量传递的建模，特别是欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法的适用范围和局限性。 第三部分：微尺度与界面现象 随着技术向纳米和微米尺度的发展，流体动力学的尺度效应变得不可忽视。本书探讨了微尺度流动的特殊性，如低雷诺数（Stokes流动）的显著性，以及表面张力在液滴动力学中的主导作用。我们详细分析了马克斯韦尔方程与流体动力学方程在微观尺度下的耦合，以及微通道内热量和质量传输的增强效应。 界面动力学是理解雾化、乳化和微反应器性能的关键。本书深入讨论了界面张力的精确测量方法和动态变化，以及如何利用界面稳定性理论（如瑞利-泰勒不稳定性和开尔文-亥姆霍兹不稳定性的微观表现）来控制液滴的生成和分散。 第四部分：数值模拟的高级方法论 流体动力学问题的解析解极其罕见，使得数值模拟成为理解和预测复杂流动的核心工具。本书摒弃了对基础有限差分法的冗长介绍，而聚焦于现代计算流体力学（CFD）的高级技术。 内容涵盖非结构化网格生成的复杂性，以及如何构建能有效处理边界层和几何复杂性的自适应网格加密技术（AMR）。在时间积分方面，我们对比了显式和隐式时间步进方案的稳定性和效率，并引入了高精度的时间积分方法，如高阶Runge-Kutta方法。 在湍流模型方面，本书对雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型（如$k-omega$ SST）进行了批判性评估，并重点介绍了大涡模拟（LES）的核心思想，即对大尺度涡流进行直接求解而对小尺度湍流进行亚网格尺度（SGS）建模。对于更精细的模拟，我们探讨了直接数值模拟（DNS）的计算成本及其在验证其他模型的基准作用。 此外，本书还讨论了网格无关性验证的严谨流程，以及如何量化和减少数值方法带来的误差（如对流项离散格式的选择对稳定性与精度的影响）。 结论：面向未来工程的展望 本书的最终目标是培养读者将流体力学理论应用于解决现实世界挑战的能力。通过对上述复杂现象和先进数值工具的系统性梳理，读者将能够批判性地评估现有的工程模型，并有能力构建或选择最适合特定物理场景的模拟方法。本书适合高年级本科生、研究生以及从事航空航天、能源、生物工程和环境科学领域的专业工程师和研究人员作为进阶参考资料。它强调的是‘如何思考’复杂流动问题，而非简单地套用公式。

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这本书的封面设计非常吸引人，深邃的蓝色背景搭配着抽象流体涡旋的纹理，瞬间就勾勒出一种神秘而复杂的科学主题。我拿到这本书的第一反应是，它必定承载着大量关于流体力学模拟的知识。封面上的标题，"Numerical Simulation of Turbulent Flows and Noise Generation"，尽管专业，但却透露出一种前沿感，仿佛预示着一场关于如何理解和控制无处不在的湍流及其伴随的声学现象的深度探索。我脑海中立即浮现出飞机引擎的轰鸣、风力涡轮机的呼啸，甚至是水道中波浪拍打的声音，这些都是湍流和噪声的直观体现。因此，我非常期待这本书能够深入浅出地解析这些复杂现象背后的数学模型和计算方法。我希望它能提供一些关于如何通过数值模拟来预测、分析甚至减小这些噪声的实用见解，对于我这样对航空航天、汽车工程以及声学工程领域都抱有浓厚兴趣的读者来说，这本书无疑是一份宝贵的资源。它是否能够帮助我理解湍流的随机性和不可预测性，以及如何将其转化为可控的声学输出，是我最想从这本书中找到答案的地方。

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这本书的封面虽然朴实，但其标题“Numerical Simulation of Turbulent Flows and Noise Generation”散发出一种内敛而强大的知识气息。我猜想这本书并非是那种轻松读物，而更像是为具有一定专业背景的工程师或研究人员量身定制的。我非常好奇书中会采用什么样的数值方法来处理湍流这一棘手的难题，是会侧重于经典的雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，还是会深入探讨更精细的大涡模拟（LES）或直接数值模拟（DNS）技术？同时，“Noise Generation”的部分更是点亮了我对这本书的期待。我设想书中会详细阐述流体运动如何转化为声波，例如边界层诱导噪声、涡激振动噪声等，并可能介绍相关的数值声学模型，比如边界元法（BEM）或有限元法（FEM）在声学模拟中的应用。我对于如何从流体力学的角度去理解和控制工程噪声非常着迷，这不仅关乎舒适性，更关乎安全和环保。这本书是否能提供一些关于如何通过优化流场设计来降低噪声，或者如何利用数值模拟来评估不同设计方案的声学性能，是我非常期待的。

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这本书的标题，"Numerical Simulation of Turbulent Flows and Noise Generation"，立刻吸引了我。它触及了流体力学领域两个最迷人也最棘手的部分：湍流的模拟和其产生的噪声。我脑海中浮现出许多实际应用场景，从航空器的设计到管道流的效率提升，再到城市环境的声学规划，都离不开对湍流的理解和控制。我非常想知道书中会详细介绍哪些数值模拟技术，例如，是否会深入探讨各种湍流模型（如k-epsilon, k-omega, Spalart-Allmaras等）的优缺点，以及它们在不同雷诺数范围内的适用性？更吸引我的是“Noise Generation”部分，我好奇书中会如何连接流体动力学和声学？是否会介绍一些基于流场信息预测声压级或声强分布的方法，比如声比拟（acoustic analogy）或者直接耦合流体和声学求解器？对于我这样一位对工程应用和前沿科学交叉领域充满好奇的读者来说，这本书很可能是一个宝藏，能帮助我更深入地理解复杂流动的物理机制及其对周围环境的声学影响。

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封面上“Numerical Simulation of Turbulent Flows and Noise Generation”的字样，立刻勾勒出一种严谨而深入的研究图景。我个人对于湍流现象的不可预测性和其在工程领域广泛的影响力一直感到着迷。我猜想这本书的重点在于如何利用现代计算机的强大计算能力，通过数值方法来模拟这些复杂的三维流动，并进一步探究这些流动是如何产生我们日常生活中无处不在的各种噪声的。我很好奇书中会如何处理湍流模拟中的关键挑战，比如网格分辨率、时间步长选择，以及不同湍流模型的选择和验证。同时，“Noise Generation”部分更是引发了我极大的兴趣。我设想书中会介绍一些声学学理论，并将其与流体力学模拟结果相结合，例如，是否会讨论如何从流场中的涡结构、速度梯度等信息推导出声源强度？我期待这本书能够提供一些具体的案例分析，展示如何利用数值模拟来预测和控制飞机引擎、高速列车、甚至风力发电机产生的噪声，从而为工程师们提供切实可行的解决方案。

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这本书的厚度让我感到一丝敬畏，封面的字体和排版都显得十分严谨，一看就是一本学术性很强的著作。我注意到标题中“Numerical Simulation”和“Turbulent Flows”这两个词组，这让我联想到在流体力学领域，湍流的模拟一直是一个极具挑战性的课题。我曾经接触过一些关于这方面的基础知识，深知其复杂性，因为湍流的尺度跨度极大，且具有强烈的随机性和耗散性。而“Noise Generation”则将话题进一步引向了应用层面，思考如何从流动的物理过程中产生并传播声音。这让我猜测书中可能涉及了大量的偏微分方程、数值离散方法，比如有限差分、有限体积或有限元方法，以及湍流模型，如RANS、LES或DNS等。我个人对于这种能够将理论研究与实际工程问题相结合的学科尤为感兴趣，因为理论知识如果不能落地，终究是空中楼阁。我希望这本书能够提供一个清晰的框架，带领读者一步步理解如何构建一个有效的数值模型来捕捉湍流的精细结构，并进一步分析其产生的声学效应，从而为噪声控制提供理论指导和技术支持。

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