非定常旋涡空气动力学理论及其应用

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作者:黄国创等
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页数:0
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出版时间:1994-1
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isbn号码:9787313012852
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  • 非定常旋涡空气动力
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具体描述

《湍流边界层中的流动分离与再附着:理论分析与实验验证》 图书简介 本书系统深入地探讨了流体力学中的一个核心且极具挑战性的课题:湍流边界层在不利压力梯度作用下的流动分离与再附着现象。作为一本专注于基础理论、数值模拟与实验研究相结合的专著,本书旨在为研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个全面而精深的知识框架,用以理解和预测复杂气动外形上气流行为的关键转折点。 第一部分:湍流边界层基础与理论建模 本书的开篇部分聚焦于湍流边界层的基础理论。我们首先回顾了经典层流边界层的普适性解法(如普朗特方程),随后过渡到湍流状态的描述。重点内容包括: 1. 湍流的统计特性与雷诺平均方程(RANS): 详细阐述了湍流脉动、涡量输运的统计描述,并对雷诺应力项的封闭性问题进行了深入剖析。我们着重分析了湍流模型(如 $k-epsilon$ 模型、 $k-omega$ SST 模型)在线性压力梯度和非线性压力梯度下的适用性与局限性。 2. 压力梯度对速度剖面的影响: 运用摩阻速度和特征长度尺度,探讨了逆压梯度对近壁区(粘性底层、缓冲层)和外区(对数律区)速度廓线的影响规律。详细推导了在临界分离点附近,速度梯度趋于零时的对数律修正形式。 3. 分离判据与线性稳定性理论的结合: 讨论了经典分离判据(如 $dP/dx > 0$ 时的壁面切应力 $ au_w o 0$)的物理意义。随后,引入了 Falkner-Skan 族解,并将其推广到湍流边界层,分析了 Falkner-Skan 形式的压力梯度对延迟分离的效应,为后续的数值模拟提供了理论基准。 第二部分:流动分离的精细化研究 本书的核心挑战部分,在于对流动分离现象的精细化描述与机理探究。 1. 分离点的识别与量化: 深入探讨了识别流动分离点的多种技术,包括壁面流线拓扑分析、压力梯度符号变化点、以及利用壁面极限层厚度或动量厚度增长率的局部峰值。针对二维和三维分离现象,提出了基于流场结构分析的判据。 2. 逆压梯度下的非定常效应: 强调了真实流动中,即使是看似稳定的分离区域,也往往伴随着复杂的非定常现象。我们分析了“小尺度分离泡”的形成与周期性再附着过程,特别关注了湍流猝发(Turbulence Bursting)在分离区中的作用机制,以及尾流区反馈对近壁面流动的反作用。 3. 湍流边界层分离的尾流-边界层相互作用(WBI): 详细讨论了高升力或大攻角条件下,尾流区的压力脉动如何向边界层内部传播,影响分离的起始位置和分离区域的长度。这部分内容结合了先进的数值方法,揭示了分离泡内部流动的复杂剪切层演化。 第三部分:再附着过程的动力学机制 流动一旦分离,其重新附着的过程同样复杂,常常伴随着回流(Backflow)的消散和新壁面湍流的重建。 1. 再附着区的流场结构: 通过高分辨率测速技术(如 PIV/PTV)的实验数据和高保真数值模拟(如 LES),展示了再附着点附近的流场结构。重点分析了分离泡内部的二次涡结构、剪切层卷曲以及湍流度的非均匀分布。 2. 再附着机制的能量分析: 运用动量方程和湍流动能输运方程,分析了从分离到再附着的过程中,动能耗散与湍流生成项的相互转化。探讨了如何通过外部激励(如吹气或吸气)来加速或延迟再附着过程。 3. 分离泡的稳定性与演化: 考察了分离泡尺寸与雷诺数、压力梯度强度的关系。对于较短的分离泡,讨论了其作为一种准稳态结构的稳定性,以及在流动控制下的动态响应。 第四部分:数值模拟与实验验证方法 本书提供了对现代计算流体力学(CFD)和实验流体力学工具的深度应用指导。 1. 高级数值方法的应用: 详细介绍了如何利用大涡模拟(LES)来捕捉分离泡内的非定常涡结构,并探讨了壁面函数在 LES 中的应用与误差源。同时,对低雷诺数 RANS 模型在分离和再附着区域的修正方法进行了评述。 2. 先进的实验测量技术: 重点介绍了如何利用壁面压力敏感涂层(PSP)精确获取壁面切应力分布,以及时间分辨的 PIV 技术在测量分离泡内部回流速度和湍流脉动方面的优势。书中的案例研究将理论预测与实际测量数据进行严格对比,突出了工程应用中的不确定性分析。 结论与展望 本书最后总结了当前研究的共识,指出了在超高雷诺数、三维/非定常复杂来流条件以及多孔介质表面等前沿领域中,湍流分离与再附着研究仍面临的主要挑战,并展望了机器学习辅助模型构建在未来流场预测中的潜力。 本书内容严谨,结合了经典理论的深度推导和现代前沿研究的最新进展,是流体力学研究人员深入理解复杂边界层行为的必备参考书。

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用户评价

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这本书的名字,《非定常旋涡空气动力学理论及其应用》,一下子就抓住了我的眼球。我一直对那些能够解释自然界中复杂现象的科学理论充满兴趣,而旋涡,特别是那些不断变化的非定常旋涡,在我看来,是空气动力学中最具活力和最神秘的部分之一。我希望这本书能够为我打开一扇理解这些看不见却至关重要的力量的大门。我期待作者能够用一种清晰、严谨又不失趣味的方式,向我阐述非定常旋涡的理论基础,包括它们的生成机理、运动特性以及与物体的相互作用。我特别希望书中能够包含一些实际的应用案例,例如在航空器设计中,如何通过理解和控制非定常旋涡来优化飞行器的性能,或者在风力发电、汽车工程等领域,这些理论又是如何发挥作用的。我希望这本书能够帮助我建立起对非定常旋涡的直观认识,让我不再仅仅停留在表面现象,而是能够深入理解其背后的物理规律。如果书中能够提供一些关于数值模拟的介绍,或者一些具有前瞻性的研究方向,那将更能让我感到兴奋。总而言之,我期望这本书能够成为我学习空气动力学领域的一个重要参考,并为我带来新的知识和启发。

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我对流体力学领域一直抱有浓厚的兴趣,尤其是在那些描述动态过程的方面。“非定常旋涡”这个词组,在我听来就充满了力量感和复杂性,它让我联想到风暴、湍流,以及各种高速运动下的气流行为。我希望这本书能够为我打开一扇通往这个神秘领域的大门,让我能够理解这些看不见的“能量漩涡”是如何产生、演变,并最终影响物体的运动。我并不是一个专业的空气动力学家,所以,我期待作者能够用一种相对易于理解的方式来阐述复杂的理论,或许会包含一些生动的类比,或者一些视觉化的图示,来帮助我建立起清晰的认知。我尤其对书中关于“应用”的部分感到好奇,比如,在现代航空航天工业中,对非定常旋涡的研究是如何指导飞机设计、如何提高飞行器的性能和安全性?又或者,在其他领域,例如风力发电、汽车工程,甚至气象预报中,这些理论又扮演着怎样的角色?我希望通过阅读这本书,能够获得一种新的思维方式,能够让我用更科学、更深入的视角去观察和理解我们周围的世界,尤其是那些与空气流动息息相关的现象。我期待这本书能够成为我探索流体力学世界的起点,让我对这个充满活力的领域产生更深的敬畏和好奇。

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当我看到《非定常旋涡空气动力学理论及其应用》这本书时,我的第一反应是它触及了一个既有深度又有广度的领域。旋涡,特别是那些瞬息万变、难以预测的非定常旋涡,一直是我对空气动力学感到着迷的原因之一。我希望这本书能够为我揭示这些复杂气流背后的科学原理,让我能够理解它们是如何形成、演变,以及对物体产生怎样的影响。我期待作者能够以一种严谨又不失趣味的方式,将那些抽象的理论概念变得生动起来,或许会通过一些经典的案例分析,或者一些前沿的研究进展,来吸引我的注意力。我尤其对书中关于“应用”的部分充满好奇。我希望能看到,这些理论是如何被应用到实际工程中的,比如,在航空航天领域,如何通过控制非定常旋涡来提高飞行器的性能和安全性?又或者,在风力发电、汽车设计等领域,这些理论又扮演着怎样的角色?我希望这本书不仅仅是知识的传递,更能激发我的思考,让我能够用一种更科学、更深入的视角去观察和理解我们周围的世界,特别是那些与空气流动息息相关的现象。

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当我在书架上看到《非定常旋涡空气动力学理论及其应用》这本书时,我的第一反应是它似乎触及了一个既基础又充满挑战的领域。旋涡,在我看来,是空气动力学中最具活力和最难以预测的现象之一,而“非定常”更是强调了其动态变化和不可预测性。我并非这个领域的专业人士,但我一直对那些能够解释世界运作原理的科学理论充满好奇。我希望这本书能够像一位经验丰富的向导,带领我逐步深入理解非定常旋涡的形成机制,它们是如何产生、发展,又如何影响着物体的运动。我期待作者能够用清晰的语言和生动的例子,将那些复杂的数学公式和物理概念转化为我能够理解的内容,让我能够摆脱对枯燥理论的恐惧。我尤其对书中关于“应用”的部分非常感兴趣。例如,我很好奇非定常旋涡在现代飞机设计中扮演着怎样的角色?它们是如何被利用来提高飞机的机动性,或者在遭遇恶劣天气时,如何影响飞机的稳定性?这本书能否为我揭示这些问题的答案,或者提供一些思考的方向?我希望这本书不仅仅是知识的传递,更能激发我的思考,让我能够以一种全新的视角来观察和理解我们周围的空气流动现象,并从中获得更深的感悟。

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这本书的封面设计就吸引了我,那种流线型的图案仿佛预示着空气在其中动态地流动,虽然我并不是空气动力学领域的专家,但“非定常旋涡”这个词组本身就充满了神秘感和挑战性,让我忍不住想一探究竟。我一直对那些看不见但又至关重要的力量充满好奇,比如风如何塑造我们生活的世界,飞机如何在空中翱翔。这本书的标题让我觉得,它不仅仅是枯燥的公式和理论,更可能隐藏着理解这些复杂现象的钥匙。我希望能通过阅读这本书,对空气动力学有一个更深入的认识,尤其是在那些瞬息万变的动态过程中,比如湍流的产生和演变,或者物体在高速运动时产生的复杂气流。我知道这可能是一个相当艰深的领域,但我相信作者会以一种能够被非专业读者理解的方式来阐述,或许会包含一些生动的比喻或者实际的应用案例,来帮助我们理解抽象的概念。我尤其期待书中能讨论到一些现实世界中的例子,比如为什么某些飞行器在特定条件下会产生不稳定的气流,或者如何通过控制旋涡来提高效率,降低阻力。如果书中能够提供一些关于模拟和计算流体动力学(CFD)方法的介绍,那将是锦上添花,因为我一直对现代科技如何模拟和预测自然现象感到惊叹。总而言之,我对这本书的期望很高,希望它能够打开我认识世界的新视角,让我不再只是被动地感受风,而是能初步理解它的内在逻辑和规律。

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我一直对空气动力学,尤其是那些描述复杂流体行为的理论,抱有浓厚的兴趣。当看到《非定常旋涡空气动力学理论及其应用》这本书时,我的好奇心瞬间被点燃。旋涡,这个在自然界中随处可见的现象,其背后的科学原理却是我一直想要深入了解的。“非定常”这个词,更让我感受到它所蕴含的动态和复杂性。我希望这本书能够为我打开一扇理解这些看不见却至关重要的力量的大门。我期待作者能够用一种既严谨又富有启发性的方式,向我阐述非定常旋涡的理论基础,包括它们的生成、发展以及与物体的相互作用。我特别希望书中能够包含一些实际的应用案例,例如在航空器设计中,如何通过理解和控制非定常旋涡来优化飞行器的性能,或者在风力发电、汽车工程等领域,这些理论又是如何发挥作用的。我希望这本书能够帮助我建立起对非定常旋涡的直观认识,让我不再仅仅停留在表面现象,而是能够深入理解其背后的物理规律。如果书中能够提供一些关于数值模拟的介绍,或者一些具有前瞻性的研究方向,那将更能让我感到兴奋。总而言之,我期望这本书能够成为我学习空气动力学领域的一个重要参考,并为我带来新的知识和启发。

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我一直认为,真正的科学著作,不仅仅是知识的传授,更是思维方式的启迪。当我看到《非定常旋涡空气动力学理论及其应用》这个书名时,我的脑海中立刻浮现出那些高速旋转、变幻莫测的气流,以及它们如何影响着我们生活中的种种事物。我对此领域的研究者所拥有的洞察力深感钦佩,并且迫切希望能够窥探到他们是如何理解和预测这些复杂现象的。我希望这本书不仅仅是理论的堆砌,而是能够通过严谨的逻辑,深入浅出地阐述“非定常旋涡”的生成机制、发展规律以及其在不同场景下的行为特征。我尤其关注书中是否能够提供一些具体的工程实例,例如在航空器设计中,如何通过对非定常旋涡的精确控制,来提升飞行效率,降低油耗,甚至实现更安全的起降。我也对那些极端天气现象,如龙卷风的形成,是否也能在书中找到相关的理论解释,感到充满期待。我渴望能够从书中学习到一种分析问题的框架,能够让我面对那些复杂的流体动力学问题时,不再感到无从下手,而是能够沿着科学的脉络,一步步地找到问题的根源。我希望这本书能够成为我理解空气动力学领域的一个重要基石,让我能够在这个浩瀚的知识海洋中,找到属于自己的航向。

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我是在一个偶然的机会下接触到“非定常旋涡”这个概念的,当时是在一部关于航空航天工程的纪录片中,提到了一些关于失速和飞机操控的复杂性,其中就涉及到了这种动态的气流行为。这让我对那些我们肉眼看不见的、却能瞬间改变物体运动轨迹的力量产生了浓厚的兴趣。这本书的出现,对我来说,就像是给我的好奇心递上了一把钥匙,让我有机会深入探索这个领域。我并非科班出身,所以对于技术性的术语和复杂的数学推导,我可能会有些吃力,但我更看重的是作者能否将这些深奥的理论讲解得通俗易懂,并且能够引发读者的思考。我希望这本书能够在我脑海中构建起一个清晰的“非定常旋涡”模型,让我能够理解它们是如何形成、如何发展,以及它们对物体产生怎样的影响。特别是,我对于在飞行器设计中如何利用或规避这些旋涡来优化性能非常感兴趣。例如,战斗机进行高难度机动时,旋涡是如何帮助它们实现惊人动作的?而大型客机在遭遇湍流时,又是如何应对这些非定常气流带来的挑战的?如果书中能够涵盖一些历史性的突破,或者一些正在进行的前沿研究,那将更具吸引力。我非常期待这本书能让我对空气动力学的理解,从静态的表面认识,上升到动态的深层理解,让我能够以一种全新的视角来观察和分析那些与空气流动相关的现象。

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这本书的书名,《非定常旋涡空气动力学理论及其应用》,立刻吸引了我的注意力。我一直对那些能够解释自然界中复杂现象的科学理论充满好奇,而旋涡,尤其是那些不断变化的非定常旋涡,在我看来,是空气动力学中最迷人也是最具挑战性的课题之一。我希望能通过这本书,深入理解非定常旋涡是如何产生的,它们在不同的条件下会呈现出怎样的行为,以及它们对物体运动会产生怎样的影响。我并非空气动力学领域的专家,因此,我非常期待作者能够用清晰易懂的语言,将这些复杂的理论概念阐述清楚,或许会包含一些生动形象的比喻和图示,帮助我建立起对这个领域的直观认识。我尤其对书中关于“应用”的部分充满了期待。我希望能够了解到,这些理论是如何在实际工程中发挥作用的,比如,在飞机设计中,如何利用对非定常旋涡的理解来提高飞机的性能和安全性?又或者,在其他领域,如风力发电、车辆空气动力学等方面,非定常旋涡又扮演着怎样的角色?我希望这本书能够为我提供一个全新的视角,让我能够更深刻地理解空气流动的奥秘,并从中获得启发,对我们生活的世界有更深入的认识。

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这本书的书名本身就充满了吸引力,它让我联想到那些高速旋转、瞬息万变的空气流动,以及它们所蕴含的巨大能量。“非定常旋涡”这个概念,在我的认知里,是流体力学中一个既基础又极其复杂的课题,它涉及到许多我们日常生活中难以直接观察到的现象。我希望这本书能够以一种严谨而又富有启发性的方式,向我展示非定常旋涡的理论基础,包括它们的形成机理、运动特性以及相互作用。我非常期待书中能够涵盖一些经典的理论模型和最新的研究进展,让我能够对这个领域有一个全面而深入的了解。同时,我也非常关注书中“应用”的部分。我渴望了解这些理论是如何被应用到实际工程中的,例如在航空器的设计中,如何通过控制非定常旋涡来提高飞行性能,降低噪音,或者在风力发电机的设计中,如何优化叶片形状以最大化能量捕获效率。我希望这本书不仅仅是理论的讲授,更能提供一些具体的案例分析,让我能够看到理论与实践的紧密结合。总而言之,我希望通过阅读这本书,能够提升我对流体力学,特别是非定常流动的理解能力,让我能够用更科学的眼光去分析和解决相关的工程问题,并从中获得新的启发和认识。

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