Hydrodynamics and Nonlinear Instabilities (Collection Alea-Saclay pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Godreche, Claude (EDT)/ Manneville, Paul (EDT)/ Castaing, B. (CON)

出品人:

页数:700

译者:

出版时间:2005-07-21

价格:USD 104.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521017633

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 非线性
• 不稳定
• 偏微分方程
• 数值分析
• 数学物理
• Alea-Saclay
• 动力系统
• 湍流
• 集合

好的，这是一份关于一本未包含《Hydrodynamics and Nonlinear Instabilities (Collection Alea-Saclay)》内容的图书简介。 《流体力学与非线性动力学：经典理论与前沿应用》 作者： 著名流体力学与应用数学专家团队 出版社： 科学技术文献出版社 出版年份： 2024年 图书概述 本书是一部全面深入探讨流体力学基础理论、非线性动力学现象及其在工程、环境和物理科学中广泛应用的综合性专著。全书结构严谨，内容覆盖了从经典连续介质力学到现代复杂流体行为的多个层面，尤其注重理论框架的构建与实际问题的求解策略。本书旨在为研究生、科研人员以及高级工程师提供一个系统、前沿的学习和参考平台，深入理解和掌握流体运动的内在机制及其演化规律。 第一部分：流体力学基础与经典理论 第1章：连续介质力学的基本假设与运动学 本章系统回顾了流体力学的基本物理图像。从牛顿流体假设出发，详细阐述了物质导数、流线、迹线和尘埃线等运动学概念。重点讨论了流场的描述方式，包括欧拉观点和拉格朗日观点。深入分析了速度梯度张量，将其分解为旋转项（涡量）和变形项（应变率），为后续的动量和能量方程的建立奠定基础。本章还引入了流场的拓扑结构分析，为理解复杂流动中的分离和再附着现象提供必要的数学工具。 第2章：控制方程的建立与守恒定律 本章聚焦于流体运动的控制方程——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的推导。从质量守恒（连续性方程）、动量守恒（牛顿第二定律在流体上的应用）和能量守恒定律出发，严格推导了不可压缩牛顿流体的全套控制方程。对于可压缩流体，则引入了热力学关系式和状态方程。本章详细探讨了粘性项的物理意义及其对方程形式的影响，并对伯努利方程在不同流动条件下的适用性进行了辨析，强调了其作为简化模型的局限性。 第3章：粘性流体中的边界条件与层流分析 本章深入探讨了流体与固体边界相互作用的物理过程。详细阐述了无滑移边界条件和自由面边界条件的数学表述。随后，将焦点转向粘性影响显著的层流问题，如库埃特流动（Couette Flow）和泊肃叶流动（Poiseuille Flow）。对二维和三维层流的精确解析解进行了详尽的讨论，并分析了管道流和平板边界层中的速度剖面特征。本章引入了雷诺数（Reynolds Number）的概念，作为判断流动是层流还是湍流的关键判据。 第4章：湍流的统计描述与工程应用 本章进入湍流研究领域，这是现代流体力学中最具挑战性的部分之一。首先，对湍流的随机性和统计特性进行了描述，包括脉动速度的定义、均值和脉动部分的分解。详细介绍了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的推导及其封闭性问题。随后，集中讨论了几种主要的湍流模型，包括零方程模型（如混合长度模型）、一方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型）和两方程模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型）。本章还包括对湍流边界层和自由剪切流动的经典工程模型（如速度剖面律）的应用讨论。 第二部分：复杂流体的动力学行为 第5章：边界层理论的深入探讨 本章对普朗特边界层理论进行深化。重点分析了如何在保持方程组可解性的前提下，处理高雷诺数下流动的多尺度特性。详细讲解了普朗特-普兰德特（Prandtl-Blasius）方程的求解，并扩展到对流边界层（如平板上的混合对流）的分析。此外，本章探讨了边界层分离现象的机制，包括对逆压梯度响应的定性和定量分析，并介绍了如何利用流线倾斜和分离线来预测流动失稳的临界点。 第6章：非牛顿流体的本构关系与流动特性 本章关注非牛顿流体——那些不遵循线性粘性定律的物质——的特殊行为。系统分类了剪切变稀、剪切增稠、粘塑性流体（如Bingham塑性体）以及粘弹性流体。对幂律模型、Casson模型等常用本构方程进行了详细的数学描述。通过分析挤出流、旋转流等典型几何构型下的流动，展示了非线性本构关系如何根本性地改变流场的结构和能量耗散特性。 第7章：多相流体动力学导论 本章介绍了流体力学中涉及两种或两种以上相态的复杂系统。分类讨论了气-液、气-固、液-液等主要多相流类型。重点介绍了描述多相流运动的宏观模型，包括欧拉-欧拉（Euler-Euler）模型（将各相视为连续介质并耦合其动量方程）和欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型（拉格朗日追踪分散相粒子，欧拉描述连续相）。本章还涉及了气泡动力学、雾化过程和颗粒床流动的基本原理。 第三部分：非线性动力学与流动失稳 第8章：线性稳定性分析 本章是理解流动转捩（Transition）的关键。从摄动理论出发，将流场分解为平均流和微小扰动。推导了描述扰动演化的线性方程（如瑞利方程）。详细介绍了特征值问题，并利用李亚普诺夫（Lyapunov）稳定性概念区分了绝对不稳定性和对流不稳定性。通过对经典案例（如平行剪切流）的分析，阐明了时间和空间特征值在预测流动失稳中的作用。 第9章：非线性动力学与模式形成 本章将研究焦点从线性响应转向非线性反馈机制，探讨流动如何从稳定状态演化到复杂的、有组织的结构。引入了局部分支理论（Bifurcation Theory）来描述流动失稳的临界点行为。重点分析了霍普夫分岔（Hopf Bifurcation）在产生周期性振荡流（如泰勒-库埃特流中的涡旋环）中的作用。本章还简要介绍了理解复杂时空结构的序参量（Order Parameter）和平均场理论。 第10章：涡旋动力学与流场相干结构 本章专注于流体力学中最重要的非线性元素——涡旋。讨论了涡线（Vortex Line）的概念和涡量守恒定律（如亥姆霍兹涡旋定理）。深入分析了涡旋的相互作用（如涡丝模型、涡对的运动）。最后，探讨了流场中相干结构（Coherent Structures）的识别、量化和对动量输运的影响，例如射流中的环形涡旋和边界层中的拟每周涡（Quasi-Streamwise Vortices）。 结论与展望 本书的结论部分总结了经典流体力学与现代非线性动力学交叉领域的关键成就，并对未来研究方向进行了展望，特别是高性能计算（HPC）在模拟高雷诺数湍流和复杂多尺度流动中的潜力。本书强调了理论分析与先进数值模拟的紧密结合，为读者提供了掌握现代流体力学核心问题的坚实基础。 目标读者 高等院校物理学、机械工程、航空航天工程、土木工程、化学工程专业的高年级本科生、研究生、博士后研究人员，以及从事流体动力学、计算流体力学（CFD）和相关应用领域的研究工程师和学者。 本书特色 1. 理论深度与广度兼备： 覆盖从宏观守恒律到微观非线性动力学的完整知识体系。 2. 严格的数学推导： 确保读者能够理解复杂方程背后的物理直觉和数学严谨性。 3. 前沿主题覆盖： 深入探讨了湍流模型、非牛顿流和稳定性分析等现代研究热点。 4. 注重物理图像： 强调将抽象的数学描述与真实的流体物理现象联系起来。

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