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好的，这是一份关于《流体力学中的边界层理论与计算》的图书简介，内容详尽，不涉及您提到的《Modeling and Computation of Boundary-Layer Flows》中的具体内容。 图书简介：流体力学中的边界层理论与计算 聚焦于理解、分析与数值模拟跨越边界层的复杂流体动力学现象 概述 《流体力学中的边界层理论与计算》旨在为流体力学、航空航天工程、机械工程以及相关应用科学领域的学者、研究人员和高级学生提供一个全面且深入的平台，用以探讨流体动力学中的核心议题——边界层理论的物理基础、数学建模及其先进的数值计算方法。本书系统性地梳理了从经典层流理论到湍流动力学的演进脉络，并重点阐述了如何利用现代计算工具对边界层行为进行精确的模拟和预测。 本书的结构设计旨在平衡理论的严谨性与应用的实践性。我们从纳维叶-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的简化入手，深入剖析边界层假设的物理意义和数学依据，随后逐步过渡到先进的数值求解技术，覆盖从有限差分到有限体积法的多种离散格式，并探讨了在不同几何构型和流动状态下的求解策略。 核心内容板块 本书内容结构清晰，分为以下几个主要部分： 第一部分：边界层理论的物理基础与经典解析方法 本部分奠定了理解边界层现象的理论基石。我们首先回顾流体力学基本方程，随后聚焦于边界层概念的引入及其在低雷诺数和高雷诺数条件下的适用性。 边界层分离与再附着： 详细讨论了压力梯度对边界层行为的决定性影响，特别关注了分离点的识别及其对阻力、升力和气动特性的后果。 经典速度剖面分析： 深入探讨了普朗特（Prandtl）的经典边界层方程，并对平板上的Blasius解进行了详尽的推导和分析，这是层流边界层分析的基准。 能量与动量积分法： 介绍了波尔修斯（Pohlhausen）的能量积分法和动量积分法，这些方法提供了在不完全求解偏微分方程的情况下，快速估计边界层厚度和阻力系数的实用工具。 对流与传热： 将边界层理论扩展到传热问题，分析了热边界层与速度边界层的耦合作用，并介绍了彭曼（Pencel）-索尔斯（Sautter）关系等关键结果。 第二部分：湍流边界层：统计描述与本构模型 湍流是工程中最普遍但也最难以精确描述的现象。本部分将焦点转向统计学方法，介绍描述和建模湍流的必要工具。 雷诺平均化（RANS）方程： 系统推导了雷诺平均后的纳维叶-斯托克斯方程，并详细解释了雷诺应力的物理含义及其对动量方程的引入。 湍流模型（Turbulence Models）： 这是本部分的核心。我们详尽地比较和分析了主流的单方程和双方程模型，包括： $k-epsilon$ 模型： 详细分析其在工程应用中的优势和局限性，特别是对高剪切流和近壁区处理的改进。 $k-omega$ 模型： 重点讨论其在近壁区域的优越性，以及其在处理分离和再附着问题上的有效性。 混合模型与剪切应力输运（SST）模型： 介绍如何通过模型切换机制，结合不同模型的优点，以提高对复杂流动（如应力敏感流动）的预测精度。 湍流边界条件： 讨论了在壁面附近如何应用“壁面函数”（Wall Functions）或直接数值模拟（DNS）所需的低雷诺数修正方案，以桥接湍流核心区与固体壁面之间的巨大梯度差异。 第三部分：边界层流动的数值计算方法 现代流体力学分析严重依赖于计算流体力学（CFD）。本部分专注于将理论和模型转化为可操作的数值算法。 离散化技术： 深入探讨了用于求解边界层方程和完整 Navier-Stokes 方程的网格生成与离散方法，包括： 有限差分法（FDM）： 讨论其在正向问题求解中的应用，特别是对边界层坐标系（如对数网格）的适应性。 有限体积法（FVM）： 阐述其在动量守恒方面的优势，是目前工业CFD软件中的主流方法。 求解策略与稳定性： 讨论了对流项和扩散项的处理，包括迎风格式、中心差分格式的稳定性和精度权衡。对于非线性方程组的迭代求解，详细分析了SIMPLE/PISO 算法族在压力-速度耦合中的应用，及其在处理边界层流动网格畸变时的鲁棒性。 高精度与高分辨率模拟： 简要介绍了大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）在边界层研究中的作用，强调了这些方法在捕捉非定常、三维湍流结构方面的潜力，尽管其计算成本极高。 第四部分：高级应用与工程挑战 本部分将理论和计算工具应用于实际工程问题，展示边界层分析的关键作用。 边界层控制： 探讨了主动和被动控制边界层分离的技术，包括吹气/吸气（Suction/Blowing）技术对减阻和增升的机理分析。 气动弹性与气动热： 分析了高超声速流动中边界层中的强非线性效应，特别是如何处理气动加热对结构完整性的影响，以及如何利用边界层理论来预测热流密度。 粗糙表面效应： 讨论了表面粗糙度如何影响摩擦系数和速度剖面，特别是在航空器的长期运营和维护中对性能衰减的评估。 本书的特点 本书的特点在于其系统性地连接了经典边界层理论的解析洞察与现代CFD技术的计算能力。它不仅教授读者如何应用现有的湍流模型，更深入剖析了这些模型的内在假设和适用边界，从而使用户能够批判性地评估和改进模拟结果。通过大量精心设计的算例和工程实例，本书确保了理论知识能够直接转化为解决实际工程问题的能力。 目标读者： 空气动力学、船舶工程、燃烧学等领域的研究生和博士生。 从事高性能计算流体力学（HPC-CFD）开发的工程师和科研人员。 需要深入理解流动机理以优化设计流程的工业界专业人士。 《流体力学中的边界层理论与计算》是一部致力于提升读者对复杂流体现象认知深度与计算实践能力的权威性参考书。
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