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出版者:中国轻工

作者:吕思科罗素华

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2005-4

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787501948109

丛书系列:

图书标签:

• 机械制图
• 工程制图
• 机械工程
• 图学
• CAD
• 绘图
• 技术图纸
• 机械设计
• 标准化
• 制图规范

工业设计中的流体动力学基础与应用 书籍概述： 本书旨在为工业设计师、产品开发工程师以及对流体力学在实际工程应用中感兴趣的读者提供一套系统、深入的理论基础与实践指南。我们不再将流体力学视为纯粹的物理分支，而是将其视为连接产品性能、能效和用户体验的关键桥梁。全书聚焦于如何将复杂的流体行为——无论是气体还是液体——转化为可控、可预测、可优化的设计参数。 第一部分：流体力学基础在设计语境下的重塑 (Fundamentals Reframed for Design) 本部分将传统流体力学原理与现代工业设计流程紧密结合。我们摈弃了过于抽象的数学推导，转而强调物理图像的建立与直觉的培养。 第一章：流体作为设计介质 1.1 物质的流动性与边界的相互作用： 探讨粘性、密度、表面张力等基本属性如何直接影响产品与环境的接触面。例如，在设计医疗设备时，血液或药物的流动特性如何决定通道的尺寸和材料的摩擦系数。 1.2 宏观与微观的尺度效应： 分析雷诺数（Reynolds Number）在不同设计尺度下的意义。解释为什么在微流控芯片（微米级）中的流动规律与大型管道系统（米级）截然不同，以及这如何指导不同量级产品的设计选择。 1.3 压力场的形成与能量转换： 伯努利原理的实际应用不再局限于简单的翼型，而是扩展到真空包装、气动抓手以及散热系统的气流组织。重点分析压力梯度如何驱动能量从一种形式（如电能或机械能）向动能或热能的有效转化。 第二章：绕流与阻力优化 (External Flow and Drag Management) 本章是空气动力学和流线型设计的核心。我们探讨如何通过几何形状的微调来管理气流分离与再附着。 2.1 边界层理论的直观理解： 详细阐述粘性流体在固体表面形成的边界层结构——附着层、湍流区和层流区的过渡。设计目标是最大化层流区域或控制湍流的产生位置。 2.2 压力阻力和摩擦阻力： 分解总阻力，并针对性地讨论减阻策略。例如，如何利用沟槽（Riblets）结构模拟鲨鱼皮效应来降低摩擦阻力，或者通过优化钝体后方的尾流形状来减小压力阻力。 2.3 优化复杂曲面的气动外形： 结合CAD建模流程，介绍“流线引导设计法”。通过定义期望的流线走向，反向设计出具有最低阻力或最高升力（在需要时，如无人机或通风口）的几何体。 第二部分：内部流动的控制与热管理 (Internal Flow Control and Thermal Design) 本部分深入研究流体在封闭空间内的行为，这对于热交换器、泵、阀门以及任何需要精确流体分配的系统中至关重要。 第三章：管道、通道与几何诱导的流动不确定性 3.1 管道内流动状态的判别与控制： 从层流到全湍流的转变，不仅仅是雷诺数的函数，还受到入口条件、弯曲、扩张和收缩等几何特征的强烈影响。 3.2 局部阻力与能量损失的量化： 详细分析阀门、弯头、汇流三通等“局部构件”造成的能量损失（用等效长度或阻力系数表示）。提供实用表格，指导工程师在设计紧凑布局时进行准确的压力降估算。 3.3 复杂通道网络的设计： 针对多出口或多入口系统（如PCB散热器、HVAC系统），讨论如何通过通道的截面变化（分形或梯度设计）来实现流体的均匀分配，避免“短路”现象。 第四章：流体与热传递的耦合效应 (Fluid-Thermal Coupling in Performance) 在本章中，流体动力学被视为热管理的首要手段。 4.1 对流传热机制的深入分析： 区分强制对流、自然对流和混合对流。重点介绍努塞尔数（Nusselt Number）与流体物理性质、流速及几何边界条件之间的关系。 4.2 散热器与热交换器的设计优化： 从鳍片阵列的间距优化（平衡压降与换热面积），到使用导流板（Swirl Generators）诱导二次流以增强热边界层破坏。讨论液冷与气冷方案在特定功率密度下的适用性判断。 4.3 跨界流体现象： 探讨多相流的初步概念，如液体蒸发冷却中的气泡动力学，以及如何通过流体运动来控制固体表面的湿润度与结露现象。 第三部分：仿真、验证与设计迭代 (Simulation, Validation, and Iterative Design) 本部分将理论与现代工程实践工具结合，强调计算流体力学（CFD）在设计验证中的角色。 第五章：CFD在工业设计中的桥梁作用 5.1 建立可信的计算模型： 讨论网格划分（Mesh Generation）对结果精度的决定性影响，尤其是在处理复杂几何体（如涡轮叶片或细小散热通道）时的策略。 5.2 湍流模型的选择与局限性： 介绍RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）模型（如$k-epsilon$和$k-omega$ SST模型）的适用范围，以及何时需要考虑更复杂的LES（大涡模拟）来捕捉非定常现象。重点在于理解模型的物理假设，避免“黑箱”操作。 5.3 后处理与设计决策： 如何从CFD输出的海量数据中提取对设计有意义的信息（如压力恢复系数、平均换热系数、流线可视化）。强调如何将仿真结果转化为具体的几何修改建议。 第六章：从仿真到实测：设计验证路径 6.1 实验流体力学的基本工具： 介绍风洞测试、水槽测试的基本原理，以及PIV（粒子图像测速）和热电偶阵列在获取真实世界数据中的应用。 6.2 验证与标定： 讨论如何使用实验数据对CFD模型进行标定（Calibration），确保仿真结果的准确性，并建立设计迭代的可靠闭环。 6.3 案例研究： 通过三个跨行业案例（如：高性能运动鞋的气流管理、精密仪器内部的异味消除系统设计、新型风力发电机叶片的气动布局优化），展示流体力学在解决实际工程难题中的应用路径。 结论： 本书旨在赋予读者一种“流体思维”，使设计决策不再依赖于猜测，而是基于对流体物理行为的深刻理解和精确预测能力。通过掌握这些知识，工程师能够创造出更高效、更可靠、更具人性化体验的工业产品。

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这本书简直是工程领域的“暗黑森林”指南，我本来以为能找到点清晰的指引，结果呢？翻开扉页就感觉自己掉进了一个充满奇形怪状符号和密密麻麻尺寸标注的迷宫。里面的图例讲解，用词之专业，简直到了令人发指的地步，仿佛作者默认你已经掌握了比我高出十级的空间想象力和对三视图的本能理解。我对着一个零件的剖视图研究了足足半个小时，试图理解那个莫名其妙的“局部放大”标记到底指向了哪个犄角旮旯，结果发现那不过是作者随手画的一笔，它与旁边那个看起来更复杂的视图，在逻辑上居然毫无关联！更别提那些关于投影面的切换描述了，读起来就像在尝试理解量子力学的基本原理，每一个句子都充满了晦涩的专业术语，仿佛在故意设置阅读障碍。读完前几章，我最大的收获是学会了如何用不同的笔迹在草稿纸上画出扭曲的椭圆和无法闭合的多边形，至于如何准确表达一个复杂曲面的真实形状？那恐怕得是下一辈子的修行了。这本书的排版也很有“个性”，图注常常飘到页面的另一侧，等你费劲巴拉找到对应的图例时，早已经忘了刚才在看什么了，这简直是对读者时间管理能力的最大考验。

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拿到这本厚厚的册子，我本以为能从中窥见工业设计那精密和谐的美感，结果呢？这本书更像是一本冷冰冰的、缺乏灵魂的“技术圣经”。内容安排上，它似乎完全跳过了“为什么”和“怎么样才能更容易理解”这两个基本问题，直接把标准和规范像扔炸弹一样砸向读者。例如，在讲解基准面的确定时，它直接给出了十几种情形的公式和图形，但对于初学者来说，这些公式的物理意义是什么，为什么要在特定情况下选择这种基准而不是那种，书中只字未提。读起来让人感觉非常割裂，你知道你需要记住这些规则，但你不知道这些规则背后的设计哲学。我尝试对照着书中的一个轴承安装图进行想象，结果脑子里浮现的不是流畅的装配过程，而是一堆线条和箭头的混乱交织。这本书的案例选择也显得非常老派和脱节，全是些我根本接触不到的重型机械结构，对于现代电子设备或轻量化设计中的应用，几乎没有涉及。它就像一个活在上个世纪的匠人留下的笔记，充满了经验的沉淀，但对于现代的实践者来说，缺乏必要的转化和引导，读起来更像是一种负担，而非助力。

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这本书给我的整体印象是：深邃，但极其不近人情。它似乎更关心的是“标准”本身是否被完美复现，而非“学习者”是否能从中受益。章节之间的过渡非常生硬，仿佛是把不同的技术规范强行拼凑在一起。我记得有一次，我正在努力理解如何标注公差带时，突然翻过去一页，内容就跳到了材料的表示方法和截面图的阴影处理上，两者之间没有任何逻辑上的承接或回顾，读者只能靠自己去建立联系。这种跳跃式的叙述方式，对那些需要循序渐进、建立稳定知识结构的初学者来说，简直是噩梦。而且，书中的插图虽然数量不少，但质量参差不齐，有些图线模糊，尺寸标注的字体大小不一，让人怀疑这是不是出自同一个印刷批次。与其说这是一本系统的教材，不如说它更像是一份汇编了不同年代、不同标准的资料集。它拥有深厚的专业底蕴，但完全缺乏教学的温度和耐心，读完后，我感到的是知识的重压，而不是掌握新技能的喜悦。

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这本书的语言风格，我只能用“极其严谨到令人窒息”来形容。每一个词汇的选择都仿佛经过了最高级别的审核，力求零误差，但这带来的后果就是阅读体验的灾难性下降。它不是在教你知识，它是在考核你对既有术语的掌握程度。举个例子，书里描述一个倒角时，会用上“相交两素线在相互垂直的投影平面上所形成的截面几何特征”之类的长句，而同样的意思，用更日常的语言其实几秒钟就能理解。我经常需要拿着一本词典，或者去查阅相关的国家标准，才能真正搞懂某一个短语的精确含义。这导致阅读效率奇低，我感觉自己大部分时间都花在了“解码”作者的语言上，而不是理解他想要传达的制图逻辑。而且，书中对一些关键概念的阐述，总是采用一种自上而下的演绎法，上来就是结论，然后用一堆复杂的图表来佐证，缺乏必要的归纳和总结，让读者很难形成一个清晰的知识脉络。它更像是一本供专业人士查阅的参考手册，而不是一本供学习者入门的教材，读着读着就让人心生敬畏，然后赶紧合上。

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我原本期待这本书能像一把钥匙，打开我对机械世界精确表达的大门，结果发现这把钥匙的齿形完全与我的锁不匹配。书中对“细节”的关注达到了偏执的程度，但这种关注点却常常错位。例如，在一个复杂的装配图里，作者花了整整三页的篇幅来精确标注一个螺栓的拧紧力矩的符号样式，但对于如何清晰地表达出两个异形零件之间的干涉与配合关系，却只是潦草地用一个简单的虚线框带过，显得顾此失彼。更让我困惑的是，全书几乎完全没有提到任何关于计算机辅助制图（CAD）的实际操作指导或思维转换。它完全建立在传统的手绘制图逻辑之上，所有的正交投影、轴测图的绘制，都假设读者手持尺规和丁字尺，试图在二维平面上重构三维实体。在今天这个时代，这无疑是本“古董”。虽然理解基础理论很重要，但这本书却固执地将理论和现代工具的实践完全割裂开来，读完后你也许能看懂一张图纸，但你完全不知道如何用软件高效、准确地画出它。这种理论与实践的巨大鸿沟，使得这本书的实用价值大打折扣。

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