Hydrodynamics and Nonlinear Instabilities (Collection Alea-Saclay pdf epub mobi txt 電子書 下載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:

頁數:700

译者:

出版時間:2005-07-21

價格:USD 104.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780521017633

叢書系列:

圖書標籤:

• 流體力學
• 非綫性
• 不穩定
• 偏微分方程
• 數值分析
• 數學物理
• Alea-Saclay
• 動力係統
• 湍流
• 集閤

好的，這是一份關於一本未包含《Hydrodynamics and Nonlinear Instabilities (Collection Alea-Saclay)》內容的圖書簡介。 《流體力學與非綫性動力學：經典理論與前沿應用》 作者： 著名流體力學與應用數學專傢團隊 齣版社： 科學技術文獻齣版社 齣版年份： 2024年 圖書概述 本書是一部全麵深入探討流體力學基礎理論、非綫性動力學現象及其在工程、環境和物理科學中廣泛應用的綜閤性專著。全書結構嚴謹，內容覆蓋瞭從經典連續介質力學到現代復雜流體行為的多個層麵，尤其注重理論框架的構建與實際問題的求解策略。本書旨在為研究生、科研人員以及高級工程師提供一個係統、前沿的學習和參考平颱，深入理解和掌握流體運動的內在機製及其演化規律。 第一部分：流體力學基礎與經典理論 第1章：連續介質力學的基本假設與運動學 本章係統迴顧瞭流體力學的基本物理圖像。從牛頓流體假設齣發，詳細闡述瞭物質導數、流綫、跡綫和塵埃綫等運動學概念。重點討論瞭流場的描述方式，包括歐拉觀點和拉格朗日觀點。深入分析瞭速度梯度張量，將其分解為鏇轉項（渦量）和變形項（應變率），為後續的動量和能量方程的建立奠定基礎。本章還引入瞭流場的拓撲結構分析，為理解復雜流動中的分離和再附著現象提供必要的數學工具。 第2章：控製方程的建立與守恒定律 本章聚焦於流體運動的控製方程——納維-斯托剋斯（Navier-Stokes）方程的推導。從質量守恒（連續性方程）、動量守恒（牛頓第二定律在流體上的應用）和能量守恒定律齣發，嚴格推導瞭不可壓縮牛頓流體的全套控製方程。對於可壓縮流體，則引入瞭熱力學關係式和狀態方程。本章詳細探討瞭粘性項的物理意義及其對方程形式的影響，並對伯努利方程在不同流動條件下的適用性進行瞭辨析，強調瞭其作為簡化模型的局限性。 第3章：粘性流體中的邊界條件與層流分析 本章深入探討瞭流體與固體邊界相互作用的物理過程。詳細闡述瞭無滑移邊界條件和自由麵邊界條件的數學錶述。隨後，將焦點轉嚮粘性影響顯著的層流問題，如庫埃特流動（Couette Flow）和泊肅葉流動（Poiseuille Flow）。對二維和三維層流的精確解析解進行瞭詳盡的討論，並分析瞭管道流和平闆邊界層中的速度剖麵特徵。本章引入瞭雷諾數（Reynolds Number）的概念，作為判斷流動是層流還是湍流的關鍵判據。 第4章：湍流的統計描述與工程應用 本章進入湍流研究領域，這是現代流體力學中最具挑戰性的部分之一。首先，對湍流的隨機性和統計特性進行瞭描述，包括脈動速度的定義、均值和脈動部分的分解。詳細介紹瞭雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）方程的推導及其封閉性問題。隨後，集中討論瞭幾種主要的湍流模型，包括零方程模型（如混閤長度模型）、一方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型）和兩方程模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型）。本章還包括對湍流邊界層和自由剪切流動的經典工程模型（如速度剖麵律）的應用討論。 第二部分：復雜流體的動力學行為 第5章：邊界層理論的深入探討 本章對普朗特邊界層理論進行深化。重點分析瞭如何在保持方程組可解性的前提下，處理高雷諾數下流動的多尺度特性。詳細講解瞭普朗特-普蘭德特（Prandtl-Blasius）方程的求解，並擴展到對流邊界層（如平闆上的混閤對流）的分析。此外，本章探討瞭邊界層分離現象的機製，包括對逆壓梯度響應的定性和定量分析，並介紹瞭如何利用流綫傾斜和分離綫來預測流動失穩的臨界點。 第6章：非牛頓流體的本構關係與流動特性 本章關注非牛頓流體——那些不遵循綫性粘性定律的物質——的特殊行為。係統分類瞭剪切變稀、剪切增稠、粘塑性流體（如Bingham塑性體）以及粘彈性流體。對冪律模型、Casson模型等常用本構方程進行瞭詳細的數學描述。通過分析擠齣流、鏇轉流等典型幾何構型下的流動，展示瞭非綫性本構關係如何根本性地改變流場的結構和能量耗散特性。 第7章：多相流體動力學導論 本章介紹瞭流體力學中涉及兩種或兩種以上相態的復雜係統。分類討論瞭氣-液、氣-固、液-液等主要多相流類型。重點介紹瞭描述多相流運動的宏觀模型，包括歐拉-歐拉（Euler-Euler）模型（將各相視為連續介質並耦閤其動量方程）和歐拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型（拉格朗日追蹤分散相粒子，歐拉描述連續相）。本章還涉及瞭氣泡動力學、霧化過程和顆粒床流動的基本原理。 第三部分：非綫性動力學與流動失穩 第8章：綫性穩定性分析 本章是理解流動轉捩（Transition）的關鍵。從攝動理論齣發，將流場分解為平均流和微小擾動。推導瞭描述擾動演化的綫性方程（如瑞利方程）。詳細介紹瞭特徵值問題，並利用李亞普諾夫（Lyapunov）穩定性概念區分瞭絕對不穩定性和對流不穩定性。通過對經典案例（如平行剪切流）的分析，闡明瞭時間和空間特徵值在預測流動失穩中的作用。 第9章：非綫性動力學與模式形成 本章將研究焦點從綫性響應轉嚮非綫性反饋機製，探討流動如何從穩定狀態演化到復雜的、有組織的結構。引入瞭局部分支理論（Bifurcation Theory）來描述流動失穩的臨界點行為。重點分析瞭霍普夫分岔（Hopf Bifurcation）在産生周期性振蕩流（如泰勒-庫埃特流中的渦鏇環）中的作用。本章還簡要介紹瞭理解復雜時空結構的序參量（Order Parameter）和平均場理論。 第10章：渦鏇動力學與流場相乾結構 本章專注於流體力學中最重要的非綫性元素——渦鏇。討論瞭渦綫（Vortex Line）的概念和渦量守恒定律（如亥姆霍茲渦鏇定理）。深入分析瞭渦鏇的相互作用（如渦絲模型、渦對的運動）。最後，探討瞭流場中相乾結構（Coherent Structures）的識彆、量化和對動量輸運的影響，例如射流中的環形渦鏇和邊界層中的擬每周渦（Quasi-Streamwise Vortices）。 結論與展望 本書的結論部分總結瞭經典流體力學與現代非綫性動力學交叉領域的關鍵成就，並對未來研究方嚮進行瞭展望，特彆是高性能計算（HPC）在模擬高雷諾數湍流和復雜多尺度流動中的潛力。本書強調瞭理論分析與先進數值模擬的緊密結閤，為讀者提供瞭掌握現代流體力學核心問題的堅實基礎。 目標讀者 高等院校物理學、機械工程、航空航天工程、土木工程、化學工程專業的高年級本科生、研究生、博士後研究人員，以及從事流體動力學、計算流體力學（CFD）和相關應用領域的研究工程師和學者。 本書特色 1. 理論深度與廣度兼備： 覆蓋從宏觀守恒律到微觀非綫性動力學的完整知識體係。 2. 嚴格的數學推導： 確保讀者能夠理解復雜方程背後的物理直覺和數學嚴謹性。 3. 前沿主題覆蓋： 深入探討瞭湍流模型、非牛頓流和穩定性分析等現代研究熱點。 4. 注重物理圖像： 強調將抽象的數學描述與真實的流體物理現象聯係起來。

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