Wave Scattering by Time Dependent Perturbations pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Princeton Univ Pr

作者:Roach, G. F.

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2007-8

价格:$ 98.88

装帧:HRD

isbn号码:9780691113401

丛书系列:

图书标签:

Wave scattering
Time-dependent perturbations
Electromagnetics
Wave phenomena
Scattering theory
Mathematical physics
Partial differential equations
Computational physics
Applied mathematics
Physics

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具体描述

This book offers the first comprehensive introduction to wave scattering in nonstationary materials. G F Roach's aim is to provide an accessible, self-contained resource for newcomers to this important field of research that has applications across a broad range of areas, including radar, sonar, diagnostics in engineering and manufacturing, geophysical prospecting, and ultrasonic medicine such as sonograms. New methods in recent years have been developed to assess the structure and properties of materials and surfaces. When light, sound, or some other wave energy is directed at the material in question, 'imperfections' in the resulting echo can reveal a tremendous amount of valuable diagnostic information. The mathematics behind such analysis is sophisticated and complex. However, while problems involving stationary materials are quite well understood, there is still much to learn about those in which the material is moving or changes over time.These so-called non-autonomous problems are the subject of this fascinating book. Roach develops practical strategies, techniques, and solutions for mathematicians and applied scientists working in or seeking entry into the field of modern scattering theory and its applications. "Wave Scattering by Time-Dependent Perturbations" is destined to become a classic in this rapidly evolving area of inquiry.

湍流的统计力学与结构分析作者： [作者姓名，可留空或使用一个假名] 出版社： [出版社名称，可留空或使用一个假名] ISBN： [ISBN号，可留空或使用一个假名] --- 内容简介：本书深入探讨了流体力学中一个核心且极其复杂的领域——湍流现象的统计力学基础、空间结构演化及其可预测性限制。不同于处理层流或简化模型，本书将焦点集中在具有高度非线性和随机性的实际湍流流场，旨在为研究人员、高级工程师和理论物理学家提供一个全面而严谨的分析框架。第一部分：湍流的本质与宏观描述本书开篇首先界定了“湍流”的物理特征，将其置于连续介质力学和非平衡态统计物理的交叉点。我们从纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程在描述湍流时的内在挑战入手，强调了雷诺数（Reynolds Number, Re）在决定流动从层流向湍流转变中的关键作用。 1.1 统计描述的必要性：面对N-S方程在强非线性下的混沌行为，本书阐述了为何必须从确定性方法转向统计学方法。我们详细介绍了雷诺平均化（Reynolds Averaging）的局限性，包括对“湍流模型”的依赖性，并引入了瞬时流场脉动（Fluctuating Velocity Field）的概念。 1.2 湍流矩描述：核心章节集中于湍流矩理论。我们推导了雷诺应力方程（Reynolds Stress Transport Equation）的演化，并探讨了更高阶矩（如三阶和四阶矩）在动量和能量传输中的作用。特别地，对湍流扩散项和各向异性张量的精确建模被放在重要位置。 1.3 谱空间分析：本部分随后过渡到波数空间（$mathbf{k}$ 空间）的分析。我们详细介绍了湍流的能量级串（Energy Cascade），遵循科尔莫哥洛夫（Kolmogorov）的5/3 律。本书不仅重述了均匀各向同性湍流（Homogeneous Isotropic Turbulence, HIT）的经典理论，还深入探讨了在存在剪切、旋转或壁面时，湍流谱如何偏离理想状态。对谱密度函数的精确测量和数值模拟结果的对比分析构成了本节的重点。第二部分：微观结构与尺度分离湍流的精髓在于其多尺度结构。本书致力于解构这些相互作用的尺度，特别是对能量耗散发生的最小尺度——科尔莫哥洛夫微尺度（Kolmogorov Microscale, $eta$）——进行深入分析。 2.1 惯性子范围与耗散区：我们区分了能量从大尺度向小尺度传递的惯性子范围，以及粘性力开始主导动能耗散的耗散区。通过对比 $ ext{Re}$ 数对这两个区域宽度影响的依赖关系，我们探讨了高 $ ext{Re}$ 湍流的结构特征。 2.2 涡旋的几何与拓扑：本书采用现代流体力学工具，如涡量（Vorticity）和拉格朗日粒子轨迹分析，来研究湍流中的“涡旋结构”。我们探讨了如何识别和跟踪二维或三维涡旋管（Vortex Tubes）和涡旋片（Vortex Sheets）。对于湍流边界层中的拟序结构（如通量生成机制中的“准流”（Quasi-stream）和“连通区”（连通区，）），本书提供了详细的拓扑学描述和它们对平均速度剖面的贡献。 2.3 湍流混合与化学反应：湍流对物质和热量传输的增强效应是工程应用的关键。我们分析了涡旋对标量场（如温度或污染物浓度）的拉伸、折叠和快速混合过程。这部分内容特别关注了在化学反应流中，反应物混合时间尺度与涡旋时间尺度的相互作用对反应产率的影响。第三部分：湍流的可预测性与数值模拟本部分将理论分析与现代计算流体力学（CFD）工具相结合，审视了湍流预测的挑战和进展。 3.1 概率密度函数（PDF）方法：相较于矩方法，PDF方法提供了更完备的统计信息。本书详细阐述了欧拉（Eulerian）和拉格朗日（Lagrangian）PDF方程的推导，特别是对湍流扩散项的建模，这通常是解析求解PDF方程的主要障碍。我们对比了线性扩散假设与基于几何结构的非线性扩散模型的适用性。 3.2 直接数值模拟（DNS）的极限与挑战：我们探讨了直接数值模拟（DNS）在解析高 $ ext{Re}$ 湍流时面临的巨大计算资源需求。书中分析了如何通过自适应网格细化（Adaptive Mesh Refinement, AMR）技术来高效解析关键的耗散区，并讨论了DNS对验证或构建湍流模型的关键作用。 3.3 大涡模拟（LES）与次网格模型：对于工程上更具可行性的大涡模拟（LES），本书深入剖析了次网格尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的物理基础和局限性。我们对比了经典的Smagorinsky模型、动态SGS模型以及基于能量传递的SGS模型，并探讨了如何在壁面附近处理SGS模型与边界条件之间的耦合问题。第四部分：特定流场中的湍流最后，本书将理论框架应用于几种具有重要工程意义的特定湍流流场，展示了通用理论在具体问题中的应用和修正。 4.1 边界层湍流：重点分析了对流体力学应用至关重要的壁面湍流。我们讨论了粘性亚层、缓冲层和对数律层（Log-Law Region）的划分，并探讨了湍流脉动在近壁区如何被壁面约束和组织。 4.2 剪切层与射流湍流：对于自由剪切流（如平面剪切层和圆形射流），我们分析了其非对称性、卷吸过程以及相干结构（Coherent Structures）的形成、演化和最终的破碎。 4.3 旋转与分层流中的湍流：探讨了地球物理流体力学中常见的约束效应，如科里奥利力对涡旋排列的影响，以及密度分层（Stratification）如何通过浮力频率（Brunt-Väisälä Frequency）抑制垂直湍流输运，从而改变能量级串的结构。结论：《湍流的统计力学与结构分析》旨在提供一个严谨的、从基础物理到先进计算方法的综合视图。它强调了湍流研究中，对精确实验测量、先进理论分析和高性能数值模拟的交叉验证是未来突破的关键。本书不仅是对现有知识的总结，更为探索更高雷诺数下湍流的本质提供了坚实的理论基石。