计算流体力学（下） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:266

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出版时间:2012-4

价格:33.00元

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isbn号码:9787564058838

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• 计算力学5
• 计算
• 计算流体力学
• CFD
• 流体动力学
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• 有限体积法
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好的，这是为您准备的《计算流体力学（下）》图书简介，其中不包含该书的具体内容，旨在全面介绍计算流体力学（CFD）这一学科的广阔领域、核心理论、应用范围及其对现代工程和科学研究的重要性。 --- 现代工程与科学的基石：计算流体力学导论 流体运动的数字革命 在二十一世纪的工程和科学领域，理解和预测流体的复杂运动——无论是空气、水、血液还是熔融金属——是实现技术突破的关键。我们生活在一个流体无处不在的世界中：从飞机机翼上的气流升力，到血液在动脉中的流动，再到气候模型的预测。然而，许多流体现象的复杂性远超传统解析方法的处理能力。正是在这一背景下，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, 简称CFD）应运而生，成为连接纯粹理论与真实世界挑战的桥梁。 本书旨在为读者构建一个关于CFD领域的宏大且深入的认知框架，探讨这一学科如何通过数值方法模拟、分析和可视化流体动力学问题，从而彻底改变我们设计、优化和理解复杂系统的能力。 第一部分：理论基石与方法论的演进 计算流体力学并非凭空产生，它的强大源于对流体力学基本物理定律的深刻数字化转化。理解CFD的本质，首先必须追溯到那些支配所有流体运动的基本方程组。 1. 守恒定律的数学表达： CFD的起点是流体力学的两大核心支柱：纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）。这些偏微分方程组描述了动量、质量和能量在流体中的守恒规律。本书将深入探讨如何将这些复杂的、非线性的偏微分方程转化为计算机可以处理的离散形式。我们探讨的不仅仅是方程本身，更是它们所蕴含的物理意义，以及在特定物理条件下（如不可压缩流、可压缩流、层流、湍流）的简化与适用性。 2. 数值方法的哲学： 将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组，是CFD的核心技术挑战。这一转换过程需要精妙的数值技巧。我们将剖析主要的离散化策略： 有限差分法（Finite Difference Method, FDM）： 这是最早期的数值方法之一，它依赖于在网格点上使用泰勒级数展开进行导数的近似。理解其网格依赖性和局部精度是至关重要的。 有限体积法（Finite Volume Method, FVM）： 现代CFD求解器中最主流的方法。它基于对控制体积的积分形式，确保了物理量（如质量、动量）在每个离散单元上的精确守恒，这对于模拟复杂边界和非结构化网格至关重要。 有限元法（Finite Element Method, FEM）： 虽然在固体力学中更为常见，但在某些特定的流体问题中，尤其是涉及复杂几何体或需要高阶精度的情况下，有限元方法展现出独特的优势。 3. 求解器的核心：压力-速度耦合 对于不可压缩流体（如水或低速空气流），最大的数学难题是如何解耦压力场和速度场，因为质量守恒（连续性方程）中不直接包含速度的导数项，导致方程组的奇异性。我们将详细审视那些被广泛应用来解决这一耦合问题的迭代算法框架，例如 SIMPLE 算法及其各种改进型（如SIMPLEC、PISO），理解这些算法如何在迭代过程中逐步收敛到满足所有控制方程的解。 第二部分：模拟复杂物理现象的进阶技巧 自然界中的流体现象往往伴随着复杂的物理机制，例如摩擦、传热、化学反应或剧烈的涡旋。CFD的真正威力在于其能够纳入这些高阶物理模型的灵活性。 1. 湍流建模的艺术与科学： 湍流，即流体运动中随机、无序且高度耗散的特性，是流体力学中最具挑战性的领域。本书将探讨对湍流进行数值模拟的层次结构： 雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型： 这是工业界最常用的方法，通过引入湍流粘性概念来封闭动量方程。我们将系统地介绍和比较不同的湍流模型家族，如 $k-epsilon$ 模型、$k-omega$ 模型及其剪切修正模型，分析它们在不同流动环境（如壁面附近的边界层、分离流）中的适用性和局限性。 大涡模拟（LES）： 当需要捕捉到更大的、与尺度相关的涡结构时，LES通过对小尺度涡进行亚网格尺度（Subgrid-Scale, SGS）建模，提供比RANS更高的分辨率。 直接数值模拟（DNS）： 作为理论的“黄金标准”，DNS直接求解所有尺度的瞬时涡结构，但其极高的计算成本限制了其在实际工程问题中的应用范围。 2. 动量、能量与组分的传输： 流体问题很少是单纯的动量问题。传热（对流、传导、辐射）和化学反应（如燃烧、多相流体中的质量交换）是CFD必须处理的附加维度。我们将探讨如何将能量方程和组分输运方程集成到求解框架中，确保数值解在处理强耦合的物理过程时保持稳定性和精度。 第三部分：从网格到可视化——工程实施的流程 CFD的成功不仅依赖于算法的优劣，更依赖于严谨的工程实践流程。这是一个从几何定义到最终结果解读的系统性工作。 1. 网格生成：流场的基础结构 计算的精度直接受制于离散化的质量。网格（或称计算域的剖分）是CFD模型的骨架。本书将深入探讨网格划分的关键概念： 几何处理与边界层处理： 如何在复杂几何体周围生成高质量的网格，以及在边界层区域采用高密度的、适应性强的网格（如棱柱层网格）对精确捕捉壁面剪切应力的重要性。 网格质量指标： 如何量化网格的“好坏”，例如正交性、伸缩率（Aspect Ratio）和光滑度，以及这些指标如何影响收敛性和物理精度。 自适应网格加密（Adaptive Mesh Refinement, AMR）： 在计算过程中根据求解结果动态调整网格分辨率的技术，以确保计算资源集中在物理变化剧烈的区域。 2. 求解稳定性与收敛性的把控： 数值求解过程常常面临不稳定性和不收敛的问题。我们将讨论如何通过时间步长选择（CFL条件）、迭代残差监控、以及各种数值耗散（如迎风格式）和人工阻尼技术来确保计算的稳定进行。收敛性判断的物理意义，而非仅仅是残差的下降，是得出可靠结果的关键。 3. 结果的后处理与验证（Verification & Validation, V&V）： 计算结果本身只是数字的集合，将其转化为工程洞察力是最后也是最重要的一步。后处理涉及将数百万个离散点的数据转化为直观的物理图像，如等值面、矢量图和流线图。更重要的是，我们需要严格的V&V流程来确信模拟是准确的： 验证（Verification）： 确认数值解正确地解决了离散方程（即“代码是否正确地解了方程？”）。这通常涉及网格收敛性研究。 确认（Validation）： 确认离散方程组是否正确地描述了物理现实（即“方程是否正确地描述了物理现象？”）。这需要与实验数据或已发表的基准案例进行严格对比。 结语：跨学科应用的驱动力 计算流体力学已不再局限于航空航天领域。它已成为生物医学工程（如人工心脏瓣膜设计、血管血流动力学）、环境科学（如大气污染扩散模型）、能源工业（如涡轮机械效率优化）、乃至材料科学（如增材制造中的熔池模拟）的核心工具。掌握CFD，就是掌握了在数字化环境中探索和优化复杂物理系统的强大能力，为未来的工程创新铺平道路。

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拿到这本书的时候，首先吸引我的是它严谨的结构和对细节的关注。我了解到这本书是“计算流体力学”系列的第二部分，这让我非常兴奋，因为我一直在寻找一本能够深入理解CFD核心概念的参考书。我预料到这本书会深入探讨数值离散化的各种技术，例如对流项和扩散项的离散化方法，以及时间积分的策略。书中肯定会详细阐述网格生成技术，包括结构网格和非结构网格的优缺点，以及如何处理复杂几何形状的网格划分。对于边界条件的处理，我也充满了好奇，比如如何准确地施加各种物理边界条件，以及它们对计算结果的影响。此外，我非常期待书中能有关于并行计算和高性能计算在CFD中的应用的讨论，毕竟现代CFD计算往往需要强大的计算资源。如果能有一些关于CFD软件开发和优化的章节，那就更是一大惊喜了。

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这本书的外观相当大气，厚厚的书页和精美的装帧，一看就是一本值得深入研究的学术著作。我一直对流体力学在工程领域中的应用非常感兴趣，特别是航空航天、汽车工程以及能源等行业。我猜测这本书会从实际工程问题出发，引出CFD的应用，并详细介绍求解这些问题所需的数值算法。我期待书中能够详细讲解数值稳定性、收敛性和精度等概念，以及如何评估和提高数值方法的可靠性。同时，我也希望书中能够涵盖一些特殊的CFD技术，例如关于多相流、燃烧以及热传导的模拟方法。如果有关于CFD结果的可视化和后处理技术的介绍，那将非常有价值，能够帮助我们更好地理解和分析计算结果。

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这本书的封面设计非常有吸引力，简洁而又不失专业性，给我一种深刻的学术印象。我一直对流体力学的理论基础和数值计算方法有着浓厚的兴趣，尤其是在学习过程中，我深切体会到CFD在现代科学研究和工程实践中的重要性。我猜想这本书会深入探讨流体动力学方程的数值解法，例如有限体积法在守恒方程离散化中的应用，以及如何处理具有挑战性的流动现象，比如激波、分离流和湍流。我也期待书中能够涉及一些高级的主题，如自适应网格细分技术，以及如何进行CFD模型的验证和确认。如果书中能够提供一些案例研究，展示CFD在解决实际工程问题中的应用，那就更好了。

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这本书的包装和印刷质量都相当不错，封面设计也很专业，一看就知道是学术专著。拿到手里沉甸甸的，厚实的纸张和精美的排版让人对内容充满了期待。我一直对流体力学有着浓厚的兴趣，尤其是在接触了相关的工程应用后，更是觉得这门学科深邃而迷人。这本书的书名“计算流体力学（下）”暗示着它是一本系统性的著作，很可能涵盖了从基础理论到高级应用的广泛内容。我设想它会详细讲解数值方法的原理，比如有限差分法、有限体积法、有限元法等，并会深入探讨如何将这些方法应用于求解Navier-Stokes方程以及其他流体控制方程。同时，我也期待书中会涉及各种湍流模型，如RANS、LES、DNS等，以及它们在不同工程问题中的适用性。更重要的是，我希望这本书能够提供一些实际的算例和代码示例，帮助读者更好地理解理论知识，并能够将其转化为实际的工程计算。当然，如果书中能够包含一些前沿的研究进展和发展趋势，那就更完美了。

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这本书的包装非常用心，细节处理得很到位，让人感受到出版方对这本书的重视。我一直对计算流体力学这门学科充满热情，尤其是在了解了它在解决复杂工程问题中的强大能力后。我预期这本书会提供一些关于CFD软件开发和应用的标准，以及如何选择合适的数值方法和模型来应对不同的工程挑战。我非常希望书中能够详细讲解湍流模型的发展历程和各种模型的优缺点，以及它们在不同雷诺数和流动状态下的适用性。同时，我也期待书中能够涉及一些关于CFD算法并行化和GPU加速的最新进展，以便在处理大规模计算问题时能够提高效率。如果能够提供一些关于CFD结果的不确定性量化和误差分析的内容，那就更具参考价值了。

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