湍流理论与模拟 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:张兆顺

出品人:

页数:279

译者:

出版时间:2005-9

价格:38.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787302114680

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《流体动力学基础与前沿》 内容简介 本书旨在为读者构建一个全面且深入的流体动力学知识体系，从经典理论的奠基石出发，逐步迈向现代研究的前沿领域。我们将系统地梳理流体运动的基本规律，探讨不同尺度下流体行为的独特性质，并聚焦于计算流体动力学（CFD）这一强大的分析工具，为理解和解决复杂流体问题提供坚实的理论基础和实践指导。 第一部分：流体动力学基础理论 本部分将带领读者回顾流体动力学的核心概念和经典理论。我们将从流体的宏观描述出发，引入流体的物质属性，如密度、粘度、表面张力等，并阐述这些属性如何在不同条件下影响流体的运动。 连续介质假设与流体性质： 深入探讨流体作为连续介质的理想化处理，分析其适用范围以及在微观层面上的物理基础。我们将详细介绍牛顿流体和非牛顿流体，并解释粘度的概念及其对流体流动的影响，包括层流和湍流的区分。 流体静力学： 介绍流体在静止状态下的力学规律，包括压强、浮力、表面张力等。我们将推导伯努利方程在静止流体中的应用，并探讨其在船舶、桥梁等工程结构设计中的重要性。 流体动力学基本方程： 这是本书的核心内容之一。我们将详细推导并解释描述流体运动的守恒定律，包括质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒。我们将对这些方程的物理意义进行深入剖析，理解它们在不同坐标系下的形式，并探讨其在简化情况下的解析解，例如理想流体、不可压缩流体等。 伯努利方程及其应用： 在深入理解动量方程后，我们将重新审视伯努利方程，并将其推广到粘性流体和有外力场的流动情况。我们将通过丰富的实例，如管道流动、机翼升力、文丘里管等，来阐释伯努利方程在工程分析中的实际应用。 相似性原理与量纲分析： 介绍物理相似性的概念，以及如何利用量纲分析（如雷诺数、马赫数等）来简化流体动力学问题，并实现模型试验向实际工程的推广。我们将探讨不同流动相似准则的意义及其在实验设计中的指导作用。 第二部分：复杂流体流动现象分析 本部分将超越基础理论，深入探讨流体在不同条件下的复杂行为，并介绍分析这些现象的理论工具。 粘性流动的深入分析： 重点关注粘性效应对流体流动的影响。我们将详细讨论边界层理论，阐述其在描述近壁面流动中的关键作用，以及边界层分离现象及其对物体阻力的影响。此外，还将介绍普朗特方程等用于分析边界层发展的理论。 压缩性流动的研究： 探讨当流体速度接近或超过声速时，压缩性效应的重要性。我们将介绍马赫数、激波、膨胀波等概念，并分析其在超音速和高超音速流动中的特性。我们将涉及一维可压缩流动的基本理论，以及其在火箭喷管、进气道设计中的应用。 多相流的挑战与方法： 介绍包含两种或两种以上不同相（如液-气、固-液、固-气）的流体系统的研究。我们将分类讨论气泡流、液滴流、颗粒流、分层流等不同类型的多相流，并介绍描述其流动行为的数学模型，例如欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型等。我们将探讨多相流在化工、能源、环境等领域的广泛应用。 流动机稳定性与分岔： 探讨流体从稳定状态向不稳定状态转变的现象，以及不同流动模式之间的转换。我们将引入稳定性分析的方法，例如线性稳定性理论，并介绍分岔理论在理解复杂流动结构产生过程中的作用。 非牛顿流体的行为： 针对具有剪切速率依赖性粘度的流体，如聚合物溶液、血液、泥浆等，我们将分析其独特的流动特性。介绍剪切增稠、剪切稀化、触变性等现象，并探讨适用于描述这些流体的本构方程。 第三部分：计算流体动力学（CFD）方法与应用 本部分将聚焦于现代流体动力学研究和工程应用中不可或缺的工具——计算流体动力学（CFD）。我们将详细介绍CFD的基本原理、数值算法以及在不同领域的应用。 CFD基本原理与离散化方法： 详细介绍CFD的核心思想，即如何用数值方法求解流体动力学方程。我们将深入探讨有限差分法、有限体积法和有限元法这三种主要的离散化技术，分析它们的数学基础、优缺点以及适用范围。 求解算法与迭代过程： 介绍求解离散化方程组的常用数值算法，包括压力-速度耦合算法（如SIMPLE系列）、求解器类型（如隐式、显式）以及收敛性的概念。我们将解释迭代求解过程，并探讨提高计算效率的策略。 网格生成技术： 强调网格在CFD计算中的重要性。我们将介绍结构网格、非结构网格、自适应网格等不同类型的网格生成方法，并讨论网格质量对计算精度和稳定性的影响。 湍流模型： 鉴于大多数实际流体流动都呈现湍流特性，本部分将重点介绍各种湍流模型。我们将从雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程出发，深入讲解代数模型（如混合长度模型）、单方程模型（如Spalart-Allmaras模型）、两方程模型（如k-ε模型、k-ω模型）以及它们在不同流动情况下的适用性。此外，还将介绍大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）等更高级的湍流模拟方法，并讨论其计算成本与精度之间的权衡。 CFD在工程中的应用案例： 通过一系列具体的工程应用实例，展示CFD的强大能力。我们将涵盖但不限于以下领域： 航空航天工程： 飞机和火箭的气动设计，包括升力、阻力、稳定性分析；发动机内部流动模拟。 汽车工程： 车辆的空气动力学性能优化，降低风阻，提高燃油效率；冷却系统设计。 能源工程： 燃气轮机、锅炉等燃烧过程模拟；风力发电机叶片设计；核反应堆内部流动冷却。 化工与生物医学工程： 反应器设计与优化；药物输送系统模拟；血液流动分析。 环境工程： 大气污染物扩散模拟；水体流动与污染物输送；城市通风。 CFD结果的验证与不确定性分析： 强调CFD计算结果的可靠性。我们将介绍与实验数据比对、解析解验证等方法，并探讨CFD计算中的不确定性来源，例如模型选择、网格分辨率、数值算法等，以及如何进行不确定性评估。 第四部分：流体动力学研究的前沿与展望 本部分将目光投向流体动力学研究的最新进展和未来发展趋势，激发读者的研究兴趣。 微尺度与纳米尺度流体： 探讨在微电子、微机电系统（MEMS）等领域日益重要的微通道流动、粘性效应增强等现象。介绍克努森数以及在这些尺度下连续介质假设的局限性。 智能流体与响应性材料： 介绍具有特殊响应性的流体，如可变形的液态金属、可编程的流体等，以及它们在软机器人、先进制造等领域的潜在应用。 生物流体动力学： 探索流体动力学在生物系统中的作用，例如血液循环、鸟类飞行、鱼类游动等。分析生物体如何巧妙地利用流体动力学原理实现高效运动和功能。 人工智能与机器学习在流体动力学中的应用： 探讨如何利用人工智能和机器学习技术来加速CFD求解、开发新的湍流模型、预测复杂流动行为，以及从实验数据中提取物理规律。 开放性问题与未来研究方向： 讨论当前流体动力学领域尚未完全解决的重大科学问题，例如完全理解湍流的本质、精确模拟多相流中的相界面行为、发展更高效和准确的CFD算法等，并展望未来可能的研究突破。 本书的写作风格将力求清晰、严谨，并辅以大量的图示、表格和工程实例，帮助读者更好地理解抽象的理论概念。我们希望通过本书，读者不仅能够掌握流体动力学的核心知识，更能够培养独立分析和解决复杂流体问题的能力，为他们在学术研究或工程实践中打下坚实的基础。

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这本书的封面设计极具年代感，那种深邃的蓝色调和略显斑驳的字体，仿佛在向读者暗示着其内容的深度与厚重。拿到手里，能真切感受到纸张的质感，这绝非那种轻飘飘的畅销书可比。我原本是抱着学习复杂系统动力学的心态来翻阅的，期待能找到一些关于非线性现象的系统性论述。然而，书中对宏观尺度的描述却显得有些捉襟见肘，尤其是在系统演化路径的预测上，似乎更倾向于数学建模的推演，而非实际工程应用中的数据拟合。我尝试着去寻找一些关于**经典力学**中能量耗散机制的深入剖析，结果发现这部分内容被一笔带过，转而深入到了**概率论**在随机过程中的应用，这与我预期的从基础物理原理出发的路径大相径庭。整本书的逻辑推进略显跳跃，前面对基本假设的铺陈非常扎实，但一旦进入到核心的理论构建阶段，行文速度陡然加快，留下大量需要读者自行补全的数学推导过程，对于初次接触该领域的读者来说，这无疑是一个不小的挑战，需要极大的耐心和背景知识储备才能跟上作者的思路。

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这本书的论述风格极其**个人化**，充满了作者鲜明的哲学思辨色彩，这使得它在众多冰冷的技术手册中脱颖而出。作者不断追问“我们能知道什么？”而非“我们如何计算？”。在涉及到**时间反演对称性**的章节时，他深入探讨了经典物理学中对不可逆性的描述困境，其论证过程流畅且极富煽动性，让人不禁对所学的一切物理定律产生深刻的反思。这种哲学层面的探讨无疑极大地拓宽了读者的视野，也让这本书的阅读体验更像是一场智力上的对话。但这种风格也带来了一个副作用：对于需要**具体算法和参数设置**的实践者来说，它提供的指导价值非常有限。当涉及到**数值稳定性**或**迭代收敛标准**这类工程细节时，书中要么选择了回避，要么就只是抛出一个概括性的结论，完全没有提供可供操作的蓝图。因此，它更适合被放置在书架上，作为激发思考的哲学引子，而非用于解决实际工程难题的工具书。

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我购买这本书的初衷是想了解**大气科学**中对**气象扰动**的建模思路。市面上很多相关书籍要么过于侧重于数值计算方法，要么就是纯粹的观测数据分析。我希望能找到一个能将两者有机结合的理论框架。这本书的视角确实独特，它将**非平衡态热力学**的原理引入到对大尺度环流的描述中，试图建立一套普适的宏观动力学定律。然而，其对**相变**和**临界现象**的讨论，虽然在理论上严谨，但其对具体气象过程的映射却显得非常模糊。书中充斥着诸如“系统自组织临界性”、“信息流驱动的结构形成”等概念，这些术语在理论上构建了一个庞大的体系，但缺少足够多的、可验证的**实验案例**或**清晰的模拟结果**作为支撑。读完后，我感觉自己像是在欣赏一幅用量子力学语言绘制的古代山水画——意境深远，但难以辨认出具体的山川河流，更别提去模仿它的笔触进行创作了。

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这本书的排版和装帧给我留下了一种“学术重镇”的气息，仿佛是上世纪八十年代某个研究所内部出版的内部资料。它的优点在于对**数学结构**的挖掘达到了令人发指的程度。作者似乎对每一个符号的出现都有着近乎偏执的解释，对于**拓扑结构**在描述复杂系统相空间行为时的潜力，进行了相当深入的探讨。但问题在于，这种深度的挖掘是以牺牲**直观性**为代价的。例如，在阐述**能量级串**时，作者使用了大量**泛函分析**的工具，那些希尔伯特空间和勒贝格测度的概念穿插其中，使得对物理图像的理解变得异常困难。我尝试对照阅读一些更偏向于应用数学的教材来辅助理解，却发现即使是那些教材，也极少以如此抽象的方式来处理这个物理现象。总的来说，这本书更像是写给那些已经掌握了多变量微积分和基础拓扑学的理论物理学家们的一份备忘录，对于希望通过它来入门复杂系统建模的工程背景读者而言，阅读体验近似于“高空跳伞，没有降落伞”。

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我是在一个偶然的机会下接触到这本著作的，当时正为解决一个关于**流体动力学**中的边界层分离问题而苦恼。我希望找到一本能清晰阐述**非线性偏微分方程**求解技巧的书籍。这本书虽然标题听起来宏大，内容却着实让我有些摸不着头脑。它花费了大量的篇幅去讨论**信息熵**在系统复杂性度量上的应用，这种跨学科的视角虽然新颖，但在解决我手头具体的物理问题时，却显得有些力不从心。书中对**湍流统计**的描述非常详尽，各种矩、相关函数的推导层层递进，俨然是一本高级的统计物理教材。但是，当我试图将其应用到**湍流边界层**的数值模拟时，发现书中所引用的模型与当前主流的RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）方程框架存在明显的代际差异。那些被现代计算流体力学（CFD）视为“过时”的简化假设，在这里却被作为构建理论大厦的基石。这种理论与实践之间的张力，使得阅读过程充满了“懂了，但没完全懂”的困惑感，更像是一次对历史方法论的考古，而非对前沿技术的指引。

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属于国内比较好的湍流系列教材，同推荐张兆顺系列的《流体力学》

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我这是什么行为呢。哈哈哈哈

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理论方面不太详细

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专业书籍

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对许春晓真是看法不一。硕导说许春晓就是混日子的。博导躺在床上聊天时说国内真懂湍流的估计就是许春晓了，何国威院士不行。翻了半天，感觉也不过尔尔。。反正写得乱七八糟