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出版者:哈尔滨工程大学出版

作者:刘顺隆，郑群

出品人:

页数:353

译者:

出版时间:1997-1

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787810078139

丛书系列:

图书标签:

• 计算力学5
• 计算流体力学
• CFD
• 流体动力学
• 数值分析
• 传热学
• 计算方法
• 工程流体力学
• 有限体积法
• 有限元法
• 湍流模型
• 多相流

好的，为您构思的图书简介如下： --- 图书名称：计算流体力学 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 图书简介： 本书旨在系统性地介绍计算流体力学（CFD）的理论基础、数值方法、求解技术及其在工程实践中的应用。本书内容组织严谨，从流体力学基本方程出发，逐步深入到离散化方法、求解算法、网格生成，以及湍流模型的建立与应用，为读者提供一个全面而深入的CFD知识体系。 第一部分：流体力学基础与方程的数值表达 本书首先回顾了不可压缩牛顿流体的基本控制方程——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程，以及质量守恒方程。重点在于阐述如何将这些偏微分方程转化为易于数值求解的形式。 流体动力学基础： 详细解析了流动的基本概念、流场的描述方法（物质导数、应力张量），以及适用于CFD分析的经典流型，如层流与湍流的本质区别。 控制方程的转换： 深入探讨了如何利用积分形式或微分形式的N-S方程，推导出适用于数值求解的代数方程组。特别强调了守恒性和物理一致性的重要性。我们详细介绍了在不同坐标系下（笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系）方程的表达方式，并讨论了曲线坐标系对数值模拟的特殊影响。 湍流的挑战与建模： 鉴于湍流在实际工程中的普遍性，本书投入大量篇幅讨论湍流的特性和模拟策略。我们不仅介绍了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的推导，还系统梳理了主流的湍流模型，包括： 单方程模型： 如 Spalart-Allmaras (S-A) 模型，重点分析其在边界层流动中的适用性。 双方程模型： 详细讲解了 $k-epsilon$ 模型（标准、剪切矫正、雷诺斯应力各向异性修正版）和 $k-omega$ 模型（包括 SST $k-omega$ 模型），对比了它们在处理强压力梯度和逆压梯度流动中的优缺点。 大涡模拟（LES）与直接数值模拟（DNS）的简介： 简要介绍了高保真模拟方法的理论基础和计算需求，为读者理解未来发展方向打下基础。 第二部分：数值离散化技术 数值模拟的核心在于如何精确地将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组。本部分是本书的技术核心。 空间离散方法： 重点介绍了三种主要的离散技术： 有限差分法 (FDM)： 从泰勒级数展开出发，推导了中心差分、迎风格式（一阶、二阶迎风）在不同空间维度上的应用，并讨论了其网格依赖性和高精度格式的构建。 有限体积法 (FVM)： 强调了FVM的守恒性，详细阐述了如何对控制体积进行积分，并讨论了界面通量（Flux）的计算方法，包括迎风格式（如AUSM、Roe格式的引申应用）和中心通量重建格式。 有限元法 (FEM) 的基本概念： 简要介绍其在流体力学中的应用框架，特别是形函数和弱形式的建立。 时间离散化： 针对瞬态问题，详细分析了显式方法（如前向欧拉、龙格-库塔法）和隐式方法（如后向欧拉、Crank-Nicolson法）的稳定性和精度。重点讨论了 CFL 条件对显式方法稳定性的限制，以及隐式方法中求解线性系统的迭代策略。 对流项的数值处理： 深入探讨了处理对流项带来的数值耗散和振荡问题的技术。除了标准的迎风格式外，本书还详细介绍了高分辨率格式，如Total Variation Diminishing (TVD) 格式及其通量限制器（Flux Limiter）技术，以实现在保持精度和避免超调之间的平衡。 第三部分：代数方程组的求解算法 离散化后的问题归结为求解大型稀疏线性代数方程组。本书系统地讲解了求解策略。 压力-速度耦合算法： 这是求解不可压缩N-S方程的关键。本书详细阐述了基于SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）家族算法的演进过程，包括SIMPLE、SIMPLER、PISO 和 SIMPLEC 算法。深入剖析了压力修正方程的构建、速度和压力的交错存储（Staggered Grid）与共址存储（Collocated Grid）方案的差异和优缺点。 线性系统求解器： 介绍了求解大型稀疏矩阵的迭代方法。 预条件子和加速技术： 讨论了标准的迭代求解器，如雅可比法、高斯-赛德尔法，以及更高效的预条件共轭梯度法（PCG）和广义最小残量法（GMRES）。重点讲解了代数多重网格（AMG）作为强预处理器的原理和优势。 第四部分：网格生成与适应性 模拟的质量高度依赖于网格的质量。本部分关注网格技术。 网格生成技术： 区分了结构化网格（Cartesian/Curvilinear）、非结构化网格（三角形、四面体）和混合网格。介绍了通过代数方法（如样条插值）和几何方法（如Advancing Front, Delaunay Triangulation）生成网格的基本流程。 网格质量与控制： 阐述了网格正交性、光滑度和网格尺寸对数值误差的影响。重点介绍了边界层网格的生成策略（如楔形网格、体外插值法）。 网格自适应技术 (Adaptive Mesh Refinement, AMR)： 讨论了基于残差、梯度或物理量特征（如涡量、冲击波）来动态加密或稀疏网格的策略，以实现在保证计算效率的同时提高关键区域的精度。 第五部分：高级主题与工程应用实例 本书最后将理论应用于实际问题，并探讨了CFD的前沿方向。 传热与传质问题： 讨论了能量方程的离散化，以及辐射、对流、导热的耦合计算方法。 多相流模拟： 介绍了描述多相流的几种主要框架，包括欧拉-欧拉模型、拉格朗日-欧拉模型（DPM），以及相场法和水平集方法的概念。 声学与非定常流动： 讨论了如何通过适当的时间离散和空间格式来准确捕捉非定常现象和弱声波的传播。 工程案例分析： 通过汽车空气动力学（外场流动）、换热器设计（内场流动）、燃烧模拟（化学反应）等经典案例，演示了从物理建模、网格划分、求解器选择到结果后处理的完整CFD工作流程，强调了物理洞察在结果判读中的核心地位。 本书适合具有一定高等数学、微分方程和流体力学基础的工程技术人员、科研工作者以及相关专业高年级本科生和研究生使用，旨在培养读者独立构建、求解和分析复杂流场问题的能力。

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坦白说，拿到这本《计算流体力学》的时候，我的内心是有些忐忑的。毕竟，“流体力学”这个词听起来就充满了挑战，而再加上“计算”二字，更是让我联想到了一大堆晦涩难懂的公式和算法。然而，当我真正翻开它，并投入进去阅读之后，我的担忧渐渐被一种奇妙的吸引力所取代。作者的叙述方式，出乎意料地流畅且富有启发性。他并没有一开始就抛出大量的数学难题，而是通过对流体力学基本概念的细致剖析，为读者构建起了一个扎实的基础。我印象最深的是，他用非常形象的比喻来解释粘性、压力以及各种边界条件的作用，让那些原本抽象的概念瞬间变得鲜活起来。而且，这本书非常注重理论与实际的结合，它不仅仅是告诉你“是什么”，更是告诉你“为什么”以及“如何用”。我看到书中穿插了大量的案例分析，从日常生活中的水流到工业生产中的管道输送，都进行了深入的探讨。这让我觉得，这本书不仅是学术上的宝库，更是一本能够提升我们对周围世界认知能力的指南。我感觉我正在学习一种新的语言，一种能够描述和预测流体运动规律的语言。

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这本书的出现，对我来说，就像是点亮了一盏指路明灯。我一直以来都对那些肉眼可见但又无法完全掌控的自然现象充满了好奇，尤其是那些与“流动”相关的，比如气象变幻，水体的运动，甚至生物体内的血液循环。而“计算流体力学”这个名字，就像是一张邀请函，邀请我去探索这些现象背后隐藏的数学规律和计算方法。我翻阅了书中的部分章节，发现作者并没有回避复杂性，而是以一种清晰、有条理的方式，逐步揭示了计算流体力学是如何通过离散化、数值求解等方法，将连续的物理方程转化为计算机可以处理的形式。我尤其欣赏书中对不同数值方法的比较和分析，这让我对各种方法的优劣有了更直观的认识。同时，书中提供的丰富图例和可视化结果，更是极大地增强了我的理解。我感觉自己不仅仅是在阅读一本技术书籍，更像是在参与一场科学的“解谜”过程，通过计算的力量，去揭示那些隐藏在复杂现象背后的简单原理。这本书为我打开了一个全新的视角，让我能够以一种更加定量和系统的方式去理解和分析那些曾经让我感到神秘莫测的流动现象。

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这本书给我带来的震撼，远不止于它所承载的知识深度。更让我惊喜的是，它并没有将自己局限于纯粹的理论推导，而是以一种非常“实用主义”的视角，将复杂的数学模型与现实世界的工程应用紧密地联系起来。我一直对那些能够解决实际问题的技术感到着迷，而计算流体力学，在我看来，无疑是现代工程领域的一个关键支柱。这本书中，我看到了它如何被应用于航空航天器的设计，如何优化汽车的空气动力学性能，甚至如何模拟天气变化，预测自然灾害。那些章节，详细地阐述了如何将抽象的数学方程转化为计算机可以理解和执行的代码，以及如何通过数值方法来求解这些方程。这种将理论转化为实践的能力，让我深刻地体会到了科学的力量。我特别欣赏作者在描述算法时，那种循序渐进的讲解方式，仿佛一步步地引导我走进一个精密计算的世界。即使我不是专业的工程师，也能从中感受到，这本书所提供的知识，是构建现代工业和社会运转不可或缺的一部分。它让我对那些背后默默工作的科技进步，有了更深的理解和敬意。

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这本书，我必须承认，我拿到手的时候，就对它的“厚重感”产生了深深的敬意。封面设计虽然朴实，但隐隐透漏出一股专业和严谨的气息，让我对即将展开的学习之旅充满了期待。我一直对宏观世界的运作方式充满好奇，尤其是那些肉眼无法直接观察到的复杂流动现象，比如风如何吹拂大地，水流如何塑造河流，甚至更深层次的，如星云的演化。我知道，要理解这些，背后必然有一套精密的理论支撑。这本书的标题——“计算流体力学”，立刻就抓住了我。它似乎承诺了一把钥匙，能够开启我理解这些复杂现象的大门。翻开书页，首先映入眼帘的是密密麻麻的公式和符号，虽然一开始有些令人生畏，但随后在序言和前几章的引导下，我逐渐感受到了一种清晰的逻辑脉络。作者似乎非常注重基础概念的铺垫，从最基本的流体性质讲起，一步步深入到更为复杂的动力学方程。我尤其喜欢它在介绍每一项理论时，都会辅以清晰的图示和直观的类比，这极大地帮助我理解抽象的概念。我感觉这本书不仅仅是理论的堆砌，它更像是在邀请我一起进行一场深入的科学探索，去揭示流体世界背后隐藏的奥秘。我迫不及待地想跟着这本书的步伐，一步步深入探究。

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我得说，《计算流体力学》这本书，真的给了我一个相当大的惊喜。我原本以为它会是一本枯燥乏味的教科书，充斥着难以理解的公式和算法，但事实完全不是这样。作者的写作风格非常生动，他用非常接地气的语言，将那些复杂的概念解释得既透彻又有趣。我特别喜欢他在介绍各种物理模型时，引入的那些形象的比喻，比如用“黏糊糊的油”来比喻粘性，用“看不见的推力”来描述压力，这些都让我能够迅速抓住核心要点。而且，这本书并没有止步于理论的讲解，而是非常强调实际应用。我看到书中花了很大的篇幅来介绍各种数值模拟的流程和技巧，以及如何将这些技术应用到实际的工程问题中，比如飞机翼型的设计、水下航行器的优化等等。这些内容让我觉得，这本书不仅仅是一本学术著作，更是一本能够指导实践的“操作手册”。我感觉我正在学习一套强大的工具，能够帮助我解决那些过去只能凭经验猜测的问题。这本书让我对“计算”这个词有了全新的认识，它不再仅仅是数字的堆砌，而是解决现实世界复杂问题的关键所在。

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