计算流体力学方法及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:阎超

出品人:

页数:269

译者:

出版时间:2006-6

价格:44.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810778701

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《流动的奥秘：流体力学原理与工程实践》 内容概要： 本书旨在深入浅出地阐述流体力学的基本原理，并将其巧妙地应用于解决实际工程问题。从流体的宏观运动规律到微观分子行为，本书构建了一个清晰而系统的知识框架，让读者能够深刻理解流体在自然界和工程领域中的广泛影响。我们不局限于理论公式的推导，更注重引导读者理解物理过程背后的本质，并通过大量的工程案例分析，展示流体力学知识的强大实践价值。 第一章：流体静力学——静止中的力量 本章将带领读者走进流体静力学领域，探讨在没有宏观运动的情况下，流体所表现出的特性以及其作用力。我们将从流体最基本的定义开始，区分其与固体的不同之处，并引入密度、比重、压强等关键概念。 流体的基本性质： 探讨流体的连续性、可压缩性与不可压缩性，以及粘性对流体行为的影响。我们将理解流体为何会“流动”，以及其内在的变形能力。 压强及其分布： 深入分析静止流体内部的压强是如何产生的，以及它随深度的变化规律（静水压强公式）。我们将学习计算不同高度和形状容器中流体的压强，并理解其方向性——压强在任意方向上都是相等的。 帕斯卡原理与连通器原理： 介绍帕斯卡原理，解释力如何在密闭流体中传递，这是液压系统工作的基础。我们将通过实际例子，如千斤顶，来理解这一原理的强大力量。连通器原理则会让我们明白，在静止状态下，相同液面的高度差与容器形状无关，这在水塔、水位计等应用中至关重要。 浮力与阿基米德原理： 详细讲解浮力产生的机制，并引入阿基米德原理，解释浸在流体中的物体所受的浮力等于它排开的流体所受的重力。我们将通过分析物体的沉浮条件，理解船只为何能够漂浮，以及热气球的升空原理。 流体静力学中的应用： 结合工程实例，如坝体设计中的压强计算、潜水艇的浮沉控制、船体的稳性分析等，展示流体静力学在保障工程安全和结构设计中的核心作用。 第二章：流体动力学基础——流动的规律 本章将转向流体运动的研究，即流体动力学。我们将从描述流体运动的基本概念入手，逐步深入到能量守恒和动量守恒定律在流体运动中的具体体现。 流体运动的描述方法： 介绍欧拉法和拉格朗日法这两种描述流体运动的经典方法。欧拉法关注空间中固定点的流体速度，而拉格朗日法则追踪单个流体质点的运动轨迹。 流线、迹线与尘线： 定义流线（任意时刻，与速度矢量相切的曲线）、迹线（单个流体质点在一段时间内留下的轨迹）和尘线（同一时刻，从固定点流出的所有流体质点留下的轨迹），并理解它们在可视化流体运动中的重要性。 质量守恒（连续性方程）： 推导并解释连续性方程，它描述了在流体运动过程中，流体的质量是守恒的。对于不可压缩流体，我们将看到流速与管道截面积之间的反比关系（流量恒定），这在水管输送、风扇设计中有广泛应用。 能量守恒（伯努利方程）： 核心内容是伯努利方程的推导和应用。我们将理解伯努利方程如何体现流体在运动过程中，总能量（包括静压能、动能和位能）守恒的原理。通过对伯努利方程各项的分析，我们将揭示流速增加导致压强降低的现象，这解释了飞机机翼的升力产生原理，以及文丘里流量计的工作方式。 动量守恒（动量方程）： 介绍动量方程，它描述了流体在受力作用下的动量变化。我们将利用动量方程分析射流冲击力、管道中的推力以及推进器的工作原理。 流体的分类： 区分理想流体和真实流体，以及层流和湍流。理解粘性对流体流动模式的影响，以及雷诺数作为判断流体流动状态的重要无量纲参数。 第三章：粘性流体流动——摩擦的代价 本章将聚焦于真实流体，即具有粘性的流体的流动特性。我们将深入探讨粘性如何影响流体运动，并引入与粘性流动相关的关键概念。 粘性与剪切应力： 详细解释粘性的物理本质，即流体内部的摩擦力。我们将理解粘性如何在流体层之间产生剪切应力，以及牛顿粘性定律如何描述这种关系。 边界层理论： 介绍边界层概念，它描述了流体在固体表面附近由于粘性作用而形成的薄层。我们将理解边界层的发展、分离以及它对阻力产生的重要影响。 管道内流动： 分别讨论圆形管道内层流和湍流的流动特性。我们将介绍层流中的速度分布（抛物线形），以及湍流中更复杂的混合过程。同时，我们将引入达西-魏斯巴赫方程，用于计算管道中的压强损失。 阻力和升力： 深入分析物体在流体中运动时所受到的阻力（平行于流动方向的力）和升力（垂直于流动方向的力）。我们将探讨不同形状物体（如球体、圆柱体、翼型）的阻力系数和升力系数，并理解它们与雷诺数、攻角等因素的关系。 相似性原理与量纲分析： 介绍相似性原理，它允许我们通过对模型进行试验来预测大型结构在实际工况下的流体行为。量纲分析（如π定理）将帮助我们确定影响流体现象的关键无量纲参数，如雷诺数、马赫数、普朗特数等，为实验设计和数据关联提供理论基础。 第四章：可压缩流体流动——速度与密度的交互 本章将探讨当流体速度接近声速，或受压强变化影响显著时，其密度的变化变得不可忽略的情况。 可压缩流动的基本概念： 引入马赫数，用于表征流体速度与当地声速之比。区分亚声速、跨声速、超声速和高超声速流动。 声速与冲击波： 讲解声速的产生机理，以及在可压缩流体中，当流速超过声速时，会产生冲击波。我们将分析冲击波的形成、传播及其对流体性质的突变影响。 绝热流动与等熵流动： 讨论在能量交换忽略不计（绝热）或熵保持不变（等熵）的条件下，可压缩流动的能量和动量守恒。 喷管与扩张管流动： 分析在喉部带有收缩段和扩张段的喷管中，可压缩流体的流动特性。我们将理解如何通过设计喷管来加速或减速流体，这在航空发动机、火箭推进器等领域至关重要。 超声速流动的现象： 探讨超声速流动带来的特殊现象，如马赫锥、声爆等，并简要介绍其在航空航天工程中的应用。 第五章：多相流体流动——混合的挑战 本章将把研究范围扩展到由两种或两种以上不同相态（如气-液、固-液、气-固）组成的流体系统的流动。 多相流动的分类与特点： 介绍不同类型多相流动的定义，如气泡流、液滴流、夹带流、环状流等，并分析其流动行为的复杂性。 相间作用： 探讨不同相态之间存在的相互作用，包括质量传递、动量传递和能量传递。我们将理解相间作用如何影响整体流动的行为。 多相流动的工程实例： 结合实际案例，如气液两相流在化工反应器中的传质传热、固液两相流在输送管道中的颗粒沉降、气固两相流在流化床中的应用等，展示多相流体在工业生产中的普遍性和重要性。 多相流动的研究方法： 简要介绍多相流动的建模和仿真技术，包括欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型等，以及实验测量技术。 第六章：流体力学在工程实践中的应用——案例分析 本章是本书的实践升华，通过一系列精心挑选的工程案例，将前几章所学的流体力学原理融会贯通，展现其解决实际问题的强大能力。 航空航天工程： 飞机设计： 详细分析机翼的升力产生原理，以及飞机起飞、巡航、着陆过程中的空气动力学行为。探讨不同构型的飞机（如战斗机、客机）的空气动力学设计要点。 火箭与导弹： 分析火箭发动机喷管设计中的可压缩流动，以及导弹飞行过程中的气动阻力和稳定性。 能源与动力工程： 水轮机与风力发电机： 讲解叶片上的流体作用力如何驱动转子旋转，以及提高能量转换效率的设计考虑。 锅炉与换热器： 分析燃烧过程中的气体流动，以及蒸汽、水等介质在换热器中的流动与换热过程，强调流动模式对传热效率的影响。 管道输送： 深入探讨长距离输送油、气、水等流体时的压强损失计算、泵的设计与选型，以及管道腐蚀与磨损的流体力学因素。 土木与环境工程： 桥梁与高层建筑的风荷载： 分析风力对结构物的影响，以及如何通过气动外形设计来减小风致振动。 河流与渠道的水力学： 研究河流的冲刷与淤积，以及水坝、溢洪道的泄洪设计，关注水流稳定性与泥沙输移。 污染物扩散： 探讨大气和水体中污染物扩散的机理，为环境保护和污染治理提供科学依据。 生物医学工程： 血液循环： 分析人体血管中血液的流动特性，研究动脉粥样硬化、心脏瓣膜疾病等的流体力学机制。 呼吸系统： 模拟人体呼吸过程中的气体流动，以及在吸入器、呼吸机等医疗设备中的应用。 结语： 《流动的奥秘：流体力学原理与工程实践》是一本面向工程技术人员、研究生以及对流体力学感兴趣的读者的综合性教材。本书力求在理论严谨与工程应用之间取得平衡，通过清晰的逻辑、丰富的图示和深入的案例分析，帮助读者掌握流体力学的核心知识，并能够灵活运用到实际工作中，解决复杂工程问题，不断推动技术进步。掌握了流动的原理，就如同掌握了自然界和工程界最活跃、最普遍的力量之一，为创新和发展提供了源源不断的动力。

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这本书的排版和图表质量令人印象深刻，这在很多技术书籍中是比较少见的。清晰的流程图和高质量的等值线图，极大地辅助了抽象概念的理解。我特别喜欢作者在解释数值误差来源时所采用的对比分析——将截断误差、离散误差和舍入误差放在一起进行量化比较，这使得“精度”这个模糊的概念变得非常具体。不过，有一个小小的遗憾是，书中虽然提到了现代CFD软件的后处理能力，例如CFD-Post或ParaView，但对于如何有效地从大量模拟数据中提取有意义的物理洞察，也就是“数据挖掘”的部分，讨论得不够深入。现代CFD的挑战已经从“算得出”转向了“算得对且看得懂”，书中在后者方面可以有更多的笔墨来指导读者如何进行严谨的科学判断，避免“假阳性”的结果误导。

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这本书的覆盖面确实很广，从经典的不可压缩流（如浸入式边界法）到高焓、高马赫数下的化学反应流（引入了反应动力学耦合）。但是，在某些前沿领域，例如基于网络的方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）的介绍，篇幅相对较短，更像是一个脚注而非一个独立系统进行深入探讨。这可能是受限于篇幅或者作者的专业领域侧重，但对于希望了解全景CFD技术栈的读者来说，会略感不足。另外，关于耦合问题（如FSI，流固耦合），书中主要集中在单向或弱耦合的迭代策略上，对于需要考虑流体与结构之间强非线性反馈机制的复杂问题，例如湍流边界层诱发的疲劳破坏，指导性信息略显不足。尽管如此，它仍然是一本非常扎实的参考书，尤其适合那些需要在传统CFD框架内解决复杂传热或化学反应工程问题的专业人士。

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我对这本书的评价是，它更像是一本工具书，而不是一本入门教材。内容密度非常高，每一个公式和每一个图例背后似乎都隐藏着大量的计算经验和陷阱规避的智慧。我特别欣赏作者在章节末尾设置的“工程案例分析”部分，这些案例并非简单的教科书式的理想流场，而是贴近工业界真实问题的复杂流动，比如高超声速绕流的热防护问题，或者多孔介质中的渗流分析。这些案例的引入，极大地增强了本书的实践价值。然而，也正因为内容过于聚焦于“方法及应用”，对于CFD求解器的底层编程实现，例如时间步进算法的稳定性分析和大规模并行计算（MPI/OpenMP）的优化策略，介绍得相对简略。对于想深入到CFD代码开发层面的读者来说，可能还需要结合其他更偏向于数值计算或高性能计算的专业书籍进行补充学习。总体而言，如果你需要一本能快速指导你解决特定工程流场问题的技术指南，这本书非常合适。

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这本《计算流体力学方法及应用》读下来，感觉作者在理论深度和工程实践之间找到了一个微妙的平衡点。书中对纳维-斯托克斯方程的各种数值离散方法的阐述，从最基础的有限差分到更现代的有限体积法，都给出了详尽的数学推导和物理意义的解释。尤其是在处理复杂边界条件和湍流模型时，作者的讲解非常透彻，让人能清晰地理解不同模型（比如RANS、LES）的优缺点及其适用范围。我印象最深的是关于网格生成策略的那一章，书中不仅介绍了结构网格，还花费大量篇幅讨论了非结构网格和混合网格的构建技巧，这对于处理实际工程中的复杂几何体至关重要。整个行文逻辑清晰，从理论的建立到算法的实现，再到最终结果的后处理和验证，都形成了一个完整的闭环。对于初学者来说，可能需要一些流体力学和偏微分方程的基础知识才能完全消化，但对于有一定基础的研究人员或工程师，这本书无疑是一本极佳的参考手册，能够有效指导他们在实际项目中选择和应用恰当的CFD工具和方法。

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这本书给我最大的感受是其深厚的学术底蕴和对流体力学基础的尊重。作者在介绍诸如有限体积法的守恒性、一致性、稳定性的理论基础时，毫不含糊，引用了大量的经典文献，构建了一个坚实的理论框架。这使得读者在使用任何CFD软件包时，都不会盲目地相信软件的默认设置，而是能基于物理和数学原理做出明智的修改。我花费了大量时间研究了关于求解器部分，特别是压力-速度耦合算法，如SIMPLE族算法的收敛机理。作者对该算法迭代过程中残差震荡现象的分析，非常到位，并给出了几种实用的预处理和欠松弛策略。我认为，这本书的价值在于它教会了读者“为什么”要这么做，而不是简单地告诉读者“怎么做”。对于培养下一代能独立进行科学研究的工程师，这种深层次的理解至关重要。

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详细介绍了各种紊流模型

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详细介绍了各种紊流模型

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此书的序言写得激情澎湃，第一推导也很不错（坐标变换），但是后面稳定性就有点前言不搭后语。

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内容比较新，算是新书里面有特色的。

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此书的序言写得激情澎湃，第一推导也很不错（坐标变换），但是后面稳定性就有点前言不搭后语。