湍流理論與模擬 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:清華大學齣版社

作者:張兆順

出品人:

頁數:279

译者:

出版時間:2005-9

價格:38.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787302114680

叢書系列:

圖書標籤:

• 流體力學
• 湍流
• 計算流體力學
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• 數值模擬
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• 流體動力學

《流體動力學基礎與前沿》 內容簡介 本書旨在為讀者構建一個全麵且深入的流體動力學知識體係，從經典理論的奠基石齣發，逐步邁嚮現代研究的前沿領域。我們將係統地梳理流體運動的基本規律，探討不同尺度下流體行為的獨特性質，並聚焦於計算流體動力學（CFD）這一強大的分析工具，為理解和解決復雜流體問題提供堅實的理論基礎和實踐指導。 第一部分：流體動力學基礎理論 本部分將帶領讀者迴顧流體動力學的核心概念和經典理論。我們將從流體的宏觀描述齣發，引入流體的物質屬性，如密度、粘度、錶麵張力等，並闡述這些屬性如何在不同條件下影響流體的運動。 連續介質假設與流體性質： 深入探討流體作為連續介質的理想化處理，分析其適用範圍以及在微觀層麵上的物理基礎。我們將詳細介紹牛頓流體和非牛頓流體，並解釋粘度的概念及其對流體流動的影響，包括層流和湍流的區分。 流體靜力學： 介紹流體在靜止狀態下的力學規律，包括壓強、浮力、錶麵張力等。我們將推導伯努利方程在靜止流體中的應用，並探討其在船舶、橋梁等工程結構設計中的重要性。 流體動力學基本方程： 這是本書的核心內容之一。我們將詳細推導並解釋描述流體運動的守恒定律，包括質量守恒（連續性方程）、動量守恒（納維-斯托剋斯方程）和能量守恒。我們將對這些方程的物理意義進行深入剖析，理解它們在不同坐標係下的形式，並探討其在簡化情況下的解析解，例如理想流體、不可壓縮流體等。 伯努利方程及其應用： 在深入理解動量方程後，我們將重新審視伯努利方程，並將其推廣到粘性流體和有外力場的流動情況。我們將通過豐富的實例，如管道流動、機翼升力、文丘裏管等，來闡釋伯努利方程在工程分析中的實際應用。 相似性原理與量綱分析： 介紹物理相似性的概念，以及如何利用量綱分析（如雷諾數、馬赫數等）來簡化流體動力學問題，並實現模型試驗嚮實際工程的推廣。我們將探討不同流動相似準則的意義及其在實驗設計中的指導作用。 第二部分：復雜流體流動現象分析 本部分將超越基礎理論，深入探討流體在不同條件下的復雜行為，並介紹分析這些現象的理論工具。 粘性流動的深入分析： 重點關注粘性效應對流體流動的影響。我們將詳細討論邊界層理論，闡述其在描述近壁麵流動中的關鍵作用，以及邊界層分離現象及其對物體阻力的影響。此外，還將介紹普朗特方程等用於分析邊界層發展的理論。 壓縮性流動的研究： 探討當流體速度接近或超過聲速時，壓縮性效應的重要性。我們將介紹馬赫數、激波、膨脹波等概念，並分析其在超音速和高超音速流動中的特性。我們將涉及一維可壓縮流動的基本理論，以及其在火箭噴管、進氣道設計中的應用。 多相流的挑戰與方法： 介紹包含兩種或兩種以上不同相（如液-氣、固-液、固-氣）的流體係統的研究。我們將分類討論氣泡流、液滴流、顆粒流、分層流等不同類型的多相流，並介紹描述其流動行為的數學模型，例如歐拉-歐拉模型、歐拉-拉格朗日模型等。我們將探討多相流在化工、能源、環境等領域的廣泛應用。 流動機穩定性與分岔： 探討流體從穩定狀態嚮不穩定狀態轉變的現象，以及不同流動模式之間的轉換。我們將引入穩定性分析的方法，例如綫性穩定性理論，並介紹分岔理論在理解復雜流動結構産生過程中的作用。 非牛頓流體的行為： 針對具有剪切速率依賴性粘度的流體，如聚閤物溶液、血液、泥漿等，我們將分析其獨特的流動特性。介紹剪切增稠、剪切稀化、觸變性等現象，並探討適用於描述這些流體的本構方程。 第三部分：計算流體動力學（CFD）方法與應用 本部分將聚焦於現代流體動力學研究和工程應用中不可或缺的工具——計算流體動力學（CFD）。我們將詳細介紹CFD的基本原理、數值算法以及在不同領域的應用。 CFD基本原理與離散化方法： 詳細介紹CFD的核心思想，即如何用數值方法求解流體動力學方程。我們將深入探討有限差分法、有限體積法和有限元法這三種主要的離散化技術，分析它們的數學基礎、優缺點以及適用範圍。 求解算法與迭代過程： 介紹求解離散化方程組的常用數值算法，包括壓力-速度耦閤算法（如SIMPLE係列）、求解器類型（如隱式、顯式）以及收斂性的概念。我們將解釋迭代求解過程，並探討提高計算效率的策略。 網格生成技術： 強調網格在CFD計算中的重要性。我們將介紹結構網格、非結構網格、自適應網格等不同類型的網格生成方法，並討論網格質量對計算精度和穩定性的影響。 湍流模型： 鑒於大多數實際流體流動都呈現湍流特性，本部分將重點介紹各種湍流模型。我們將從雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）方程齣發，深入講解代數模型（如混閤長度模型）、單方程模型（如Spalart-Allmaras模型）、兩方程模型（如k-ε模型、k-ω模型）以及它們在不同流動情況下的適用性。此外，還將介紹大渦模擬（LES）和直接數值模擬（DNS）等更高級的湍流模擬方法，並討論其計算成本與精度之間的權衡。 CFD在工程中的應用案例： 通過一係列具體的工程應用實例，展示CFD的強大能力。我們將涵蓋但不限於以下領域： 航空航天工程： 飛機和火箭的氣動設計，包括升力、阻力、穩定性分析；發動機內部流動模擬。 汽車工程： 車輛的空氣動力學性能優化，降低風阻，提高燃油效率；冷卻係統設計。 能源工程： 燃氣輪機、鍋爐等燃燒過程模擬；風力發電機葉片設計；核反應堆內部流動冷卻。 化工與生物醫學工程： 反應器設計與優化；藥物輸送係統模擬；血液流動分析。 環境工程： 大氣汙染物擴散模擬；水體流動與汙染物輸送；城市通風。 CFD結果的驗證與不確定性分析： 強調CFD計算結果的可靠性。我們將介紹與實驗數據比對、解析解驗證等方法，並探討CFD計算中的不確定性來源，例如模型選擇、網格分辨率、數值算法等，以及如何進行不確定性評估。 第四部分：流體動力學研究的前沿與展望 本部分將目光投嚮流體動力學研究的最新進展和未來發展趨勢，激發讀者的研究興趣。 微尺度與納米尺度流體： 探討在微電子、微機電係統（MEMS）等領域日益重要的微通道流動、粘性效應增強等現象。介紹剋努森數以及在這些尺度下連續介質假設的局限性。 智能流體與響應性材料： 介紹具有特殊響應性的流體，如可變形的液態金屬、可編程的流體等，以及它們在軟機器人、先進製造等領域的潛在應用。 生物流體動力學： 探索流體動力學在生物係統中的作用，例如血液循環、鳥類飛行、魚類遊動等。分析生物體如何巧妙地利用流體動力學原理實現高效運動和功能。 人工智能與機器學習在流體動力學中的應用： 探討如何利用人工智能和機器學習技術來加速CFD求解、開發新的湍流模型、預測復雜流動行為，以及從實驗數據中提取物理規律。 開放性問題與未來研究方嚮： 討論當前流體動力學領域尚未完全解決的重大科學問題，例如完全理解湍流的本質、精確模擬多相流中的相界麵行為、發展更高效和準確的CFD算法等，並展望未來可能的研究突破。 本書的寫作風格將力求清晰、嚴謹，並輔以大量的圖示、錶格和工程實例，幫助讀者更好地理解抽象的理論概念。我們希望通過本書，讀者不僅能夠掌握流體動力學的核心知識，更能夠培養獨立分析和解決復雜流體問題的能力，為他們在學術研究或工程實踐中打下堅實的基礎。

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我是在一個偶然的機會下接觸到這本著作的，當時正為解決一個關於**流體動力學**中的邊界層分離問題而苦惱。我希望找到一本能清晰闡述**非綫性偏微分方程**求解技巧的書籍。這本書雖然標題聽起來宏大，內容卻著實讓我有些摸不著頭腦。它花費瞭大量的篇幅去討論**信息熵**在係統復雜性度量上的應用，這種跨學科的視角雖然新穎，但在解決我手頭具體的物理問題時，卻顯得有些力不從心。書中對**湍流統計**的描述非常詳盡，各種矩、相關函數的推導層層遞進，儼然是一本高級的統計物理教材。但是，當我試圖將其應用到**湍流邊界層**的數值模擬時，發現書中所引用的模型與當前主流的RANS（雷諾平均納維-斯托剋斯）方程框架存在明顯的代際差異。那些被現代計算流體力學（CFD）視為“過時”的簡化假設，在這裏卻被作為構建理論大廈的基石。這種理論與實踐之間的張力，使得閱讀過程充滿瞭“懂瞭，但沒完全懂”的睏惑感，更像是一次對曆史方法論的考古，而非對前沿技術的指引。

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這本書的封麵設計極具年代感，那種深邃的藍色調和略顯斑駁的字體，仿佛在嚮讀者暗示著其內容的深度與厚重。拿到手裏，能真切感受到紙張的質感，這絕非那種輕飄飄的暢銷書可比。我原本是抱著學習復雜係統動力學的心態來翻閱的，期待能找到一些關於非綫性現象的係統性論述。然而，書中對宏觀尺度的描述卻顯得有些捉襟見肘，尤其是在係統演化路徑的預測上，似乎更傾嚮於數學建模的推演，而非實際工程應用中的數據擬閤。我嘗試著去尋找一些關於**經典力學**中能量耗散機製的深入剖析，結果發現這部分內容被一筆帶過，轉而深入到瞭**概率論**在隨機過程中的應用，這與我預期的從基礎物理原理齣發的路徑大相徑庭。整本書的邏輯推進略顯跳躍，前麵對基本假設的鋪陳非常紮實，但一旦進入到核心的理論構建階段，行文速度陡然加快，留下大量需要讀者自行補全的數學推導過程，對於初次接觸該領域的讀者來說，這無疑是一個不小的挑戰，需要極大的耐心和背景知識儲備纔能跟上作者的思路。

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這本書的論述風格極其**個人化**，充滿瞭作者鮮明的哲學思辨色彩，這使得它在眾多冰冷的技術手冊中脫穎而齣。作者不斷追問“我們能知道什麼？”而非“我們如何計算？”。在涉及到**時間反演對稱性**的章節時，他深入探討瞭經典物理學中對不可逆性的描述睏境，其論證過程流暢且極富煽動性，讓人不禁對所學的一切物理定律産生深刻的反思。這種哲學層麵的探討無疑極大地拓寬瞭讀者的視野，也讓這本書的閱讀體驗更像是一場智力上的對話。但這種風格也帶來瞭一個副作用：對於需要**具體算法和參數設置**的實踐者來說，它提供的指導價值非常有限。當涉及到**數值穩定性**或**迭代收斂標準**這類工程細節時，書中要麼選擇瞭迴避，要麼就隻是拋齣一個概括性的結論，完全沒有提供可供操作的藍圖。因此，它更適閤被放置在書架上，作為激發思考的哲學引子，而非用於解決實際工程難題的工具書。

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這本書的排版和裝幀給我留下瞭一種“學術重鎮”的氣息，仿佛是上世紀八十年代某個研究所內部齣版的內部資料。它的優點在於對**數學結構**的挖掘達到瞭令人發指的程度。作者似乎對每一個符號的齣現都有著近乎偏執的解釋，對於**拓撲結構**在描述復雜係統相空間行為時的潛力，進行瞭相當深入的探討。但問題在於，這種深度的挖掘是以犧牲**直觀性**為代價的。例如，在闡述**能量級串**時，作者使用瞭大量**泛函分析**的工具，那些希爾伯特空間和勒貝格測度的概念穿插其中，使得對物理圖像的理解變得異常睏難。我嘗試對照閱讀一些更偏嚮於應用數學的教材來輔助理解，卻發現即使是那些教材，也極少以如此抽象的方式來處理這個物理現象。總的來說，這本書更像是寫給那些已經掌握瞭多變量微積分和基礎拓撲學的理論物理學傢們的一份備忘錄，對於希望通過它來入門復雜係統建模的工程背景讀者而言，閱讀體驗近似於“高空跳傘，沒有降落傘”。

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我購買這本書的初衷是想瞭解**大氣科學**中對**氣象擾動**的建模思路。市麵上很多相關書籍要麼過於側重於數值計算方法，要麼就是純粹的觀測數據分析。我希望能找到一個能將兩者有機結閤的理論框架。這本書的視角確實獨特，它將**非平衡態熱力學**的原理引入到對大尺度環流的描述中，試圖建立一套普適的宏觀動力學定律。然而，其對**相變**和**臨界現象**的討論，雖然在理論上嚴謹，但其對具體氣象過程的映射卻顯得非常模糊。書中充斥著諸如“係統自組織臨界性”、“信息流驅動的結構形成”等概念，這些術語在理論上構建瞭一個龐大的體係，但缺少足夠多的、可驗證的**實驗案例**或**清晰的模擬結果**作為支撐。讀完後，我感覺自己像是在欣賞一幅用量子力學語言繪製的古代山水畫——意境深遠，但難以辨認齣具體的山川河流，更彆提去模仿它的筆觸進行創作瞭。

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理論方麵不太詳細

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專業書籍

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這是自我喚醒計劃的第三本書。但是在選這本書的時候有些小猶豫。還是看著再說罷。//相見恨晚的感覺。//二刷。terrific,有一天如果我飛起來瞭，那麼這本書就是導引車。

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參考書

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我這是什麼行為呢。哈哈哈哈