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出版者:

作者:Nunn, Robert H.

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:1989-3

价格:$ 153.62

装帧:

isbn号码:9780891166474

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 中级流体力学
• 流体动力学
• 流体静力学
• 传热
• 工程流体力学
• 流体机械
• 计算流体力学
• 物理
• 工程学

流体力学：从基础到前沿的应用 本书旨在为读者提供一个深入理解流体力学核心概念和前沿应用的全面视角。我们不局限于枯燥的理论推导，而是将重点放在流体行为的物理洞察力、数学模型的发展以及在广泛工程和科学领域中的实际应用。本书适合那些已经掌握了基础流体力学知识，并希望进一步拓宽视野、深入钻研的学生、研究人员和工程师。 第一部分：流体动力学基础的再审视与深化 在巩固读者对流体力学基本概念的理解之上，本书将从更深层次审视流体的基本性质和行为。我们将从宏观角度出发，回顾和深化对质量守恒、动量守恒以及能量守恒在流体流动中的体现，即纳维-斯托克斯方程及其简化形式的推导与意义。在此基础上，本书将重点探讨粘性流动的复杂性，包括层流和湍流的本质区别、发生机制以及描述它们的数学模型。 流体性质的精密测量与表征： 本部分将深入探讨密度、粘度、表面张力、压缩性等流体基本性质的测量方法及其对流动行为的影响。我们将介绍各种粘度计的工作原理，讨论温度、压力和成分对粘度的影响。此外，还将涉及非牛顿流体的特性，以及如何对其进行建模和分析，例如剪切稀化和剪切增稠流体在化工、食品和生物工程中的重要性。 控制体分析与微分分析的融合： 我们将进一步强调两种分析方法在流体力学中的互补性。通过对一系列精心设计的例题进行分析，展示如何运用控制体方法来处理实际工程问题，例如管道中的流动、泵的性能计算以及水翼的升力分析。同时，也将深入理解微分方法在推导纳维-斯托克斯方程中的关键作用，并讨论如何在特定条件下对方程进行简化，得到例如欧拉方程、伯努利方程等更有针对性的模型。 边界层理论的深入探讨： 边界层理论是理解粘性流动与无粘流动之间过渡的关键。本书将详细介绍普朗特边界层理论的建立过程，分析不同边界层类型（如分离边界层）的形成原因及其对物体表面压强分布和阻力的影响。我们将探讨边界层分离的判据，以及减缓或控制边界层分离的各种工程技术，例如涡流发生器、吹吸技术等。 流函数与速度势的数学特性： 对于二维不可压缩流动，我们将深入探讨流函数和速度势的概念。通过分析它们的数学性质，如等值线代表的物理意义，以及柯西-黎曼方程在它们之间的联系，读者将能够更灵活地运用这些工具来求解特定的流动问题。我们将展示如何利用复变函数方法来分析复杂的二维流场，例如绕翼型流动。 第二部分：湍流的奥秘与建模 湍流是流体力学中最普遍但也最难理解的现象之一。本书将对湍流进行系统性的介绍，从其统计学特征到各种宏观和微观的建模方法。 湍流的统计学描述： 我们将从雷诺数出发，解释流体从层流转变为湍流的物理机制。本书将详细介绍湍流的统计学特征，如脉动速度的均值、方差、自相关函数和功率谱。我们将探讨如何通过统计方法来描述湍流的能量耗散和传递过程，例如泰勒微尺度和科尔莫戈洛夫微尺度。 雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 方程： RANS方程是工程上最常用的湍流模型之一。本书将详细推导RANS方程，并重点讲解雷诺应力项的物理意义。我们将介绍各种雷诺应力模型，从简单的代数模型（如零方程模型）到一阶模型（如Boussinesq假设），再到二阶模型（如k-ε模型、k-ω模型）。对于每种模型，我们将讨论其适用范围、优缺点以及在不同流动问题中的应用。 大涡模拟 (LES) 与直接数值模拟 (DNS)： 随着计算能力的提升，LES和DNS技术在湍流研究中扮演着越来越重要的角色。本书将介绍LES的基本思想，即对大尺度涡进行直接求解，而对小尺度涡进行模型化。我们将探讨不同次网格尺度模型，以及LES在流动控制、燃烧模拟等领域的应用。同时，也将介绍DNS的原理，即直接求解所有尺度的涡，并讨论其在验证湍流模型和揭示湍流基本规律方面的作用。 湍流边界层与流动控制： 本部分将结合湍流理论，深入研究湍流边界层的发展与特性。我们将讨论湍流边界层中的对数律区域、外区和内区，以及如何通过求解控制方程来预测湍流边界层的厚度、摩擦阻力等。在此基础上，本书将详细介绍各种主动和被动的流动控制技术，例如表面粗糙化、微槽、等离子体激励器、声波激励等，并分析它们如何影响湍流的产生、发展和能量耗散，以达到减阻、增升或抑制气动噪声的目的。 第三部分：可压缩流动的理论与应用 当流体速度接近或超过声速时，其行为将发生显著变化。本书将系统介绍可压缩流动的基本原理，并探讨其在航空航天、高速交通等领域的应用。 一维可压缩流动： 我们将从一维等熵流动开始，介绍马赫数、总温、总压等基本概念。重点讲解斜激波和拉伸波的形成机制、传播特性以及它们对流动参数的影响。读者将学习如何利用戴-阿梅尔图和普朗特-迈耶函数来分析斜激波下的流动。 二维可压缩流动： 本部分将扩展到二维可压流动的分析。我们将讨论线性化理论在低马赫数下的应用，以及如何利用特征线法来求解斜激波和反射激波问题。书中的案例将包括超音速喷管设计、翼型在超音速流中的绕流以及高超声速飞行器的气动加热问题。 激波与边界层的相互作用： 在高超声速流动中，激波与边界层的相互作用是影响气动性能的关键因素。我们将深入研究激波诱导的边界层分离、激波-湍流边界层相互作用等复杂现象，并探讨其对飞行器热防护和结构设计的影响。 可压缩流动的数值模拟： 随着计算流体动力学 (CFD) 的发展，可压缩流动的数值模拟已成为研究和设计的重要工具。本书将介绍求解可压缩流动的数值方法，包括有限差分法、有限体积法和有限元法。我们将重点讲解处理激波和接触间断的各种数值格式，如通量分裂方法、黎曼求解器等，并讨论其在设计高超声速飞行器、火箭发动机喷管等方面的应用。 第四部分：多相流与界面现象 自然界和工程实践中存在大量多相流现象，例如气液混合、液滴雾化、颗粒输运等。本书将提供多相流的基本理论框架和分析方法。 多相流的分类与基本模型： 我们将介绍气液、气固、液液、液固等不同类型多相流的特点。重点讲解两种主流的多相流模型：欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型。读者将理解如何根据问题的具体特点选择合适的模型，并分析不同相之间的质量、动量和能量交换。 两相流动的流动结构： 本部分将深入研究两相流动的各种流动结构，如泡流、弹状流、环状流、分散流等，并探讨影响流动结构转变的因素。我们将介绍各种经验关联式和半经验模型，用于预测不同流动结构下的压降和相间传热传质。 液滴与颗粒的输运与分散： 液体雾化和颗粒输运是多相流中的重要课题。本书将讨论液滴的形成、破碎、蒸发以及颗粒的加速、沉降、碰撞和团聚等过程。我们将介绍用于模拟这些过程的各种模型，例如液滴破碎模型、颗粒碰撞模型等。 表面张力驱动流动与相变： 表面张力在小尺度流动和相变过程中起着至关重要的作用，例如毛细现象、沸腾、冷凝等。我们将深入探讨表面张力与流体界面的相互作用，以及如何将其纳入流体力学模型中。我们将分析沸腾和冷凝过程中传热传质的机制，并讨论其在换热器、发电厂等领域的应用。 第五部分：流体力学的前沿领域与交叉学科应用 本书的最后部分将聚焦于流体力学在当代科学研究和工程应用中的前沿领域，展示其与生物学、材料科学、纳米技术等学科的交叉融合。 微流控与生物流体力学： 微米尺度的流体行为与宏观尺度存在显著差异，表面力效应变得更为显著。我们将介绍微流控芯片的设计与应用，包括微混合器、微泵、微分离器等。在生物流体力学方面，我们将探讨血液流动、细胞在流体中的运动、生物膜的形成等问题，以及它们在疾病诊断、药物输送等方面的潜在应用。 纳米流体力学： 在纳米尺度下，经典的连续介质流体力学模型可能不再适用。我们将简要介绍介观模型和分子动力学方法在纳米尺度流体模拟中的应用，探讨纳米颗粒在流体中的输运、纳米通道中的流动特性等。 多物理场耦合问题： 许多实际问题涉及流体力学与其他物理场（如电磁场、热场、力场）的耦合。本书将介绍流体力学在电磁流体力学 (MHD)、热固耦合、结构-流体相互作用 (FSI) 等领域的应用。例如，MHD在磁流体发电、等离子体加工等方面的应用；FSI在桥梁、飞机机翼、心脏瓣膜等结构设计中的重要性。 流体机器学习与人工智能： 近年来，机器学习和人工智能技术在流体力学研究中展现出巨大的潜力。我们将探讨如何利用机器学习方法来加速CFD模拟、开发更高效的湍流模型、预测复杂流场等。 通过对上述内容的系统学习，读者将能够建立起一个扎实而全面的流体力学知识体系，并能够独立分析和解决各种复杂的流体流动问题，为进一步的深入研究和工程实践打下坚实的基础。本书强调理论联系实际，通过丰富的案例和前沿技术的介绍，激发读者对流体力学的兴趣，并鼓励他们将所学知识应用于解决现实世界中的挑战。

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