Microphysics of Clouds and Precipitation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Pruppacher, Hans R./ Klett, James D.

出品人:

页数:980

译者:

出版时间:1996-12

价格:$ 129.95

装帧:Pap

isbn号码:9780792344094

丛书系列:

图书标签:

云物理
降水物理
微物理过程
大气科学
气象学
云凝结核
冰核
云滴
降水形成
大气物理

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具体描述

This book provides the most comprehensive treatment to date of the microphysical processes which lead to cloud and precipitation formation. Emphasis is placed on presenting a quantitative description of the various mechanisms (e.g. nucleation, diffusional growth and evaporation, collisional growth and breakup) which lead to the formation of cloud and precipitation particles, individually and in populations. The second edition of this highly acclaimed book has been extensively updated to incorporate new research reported in a large number of articles and dozens of books and conference proceedings published since the first edition.Some highlights include: a new chapter on cloud chemistry; improved statistical mechanics models for homogeneous and heterogeneous ice nucleation; better data on aerosol size distribution and on fundamental properties of water; new data and models for asymmetric flow past particles of various shapes and for drop oscillation and breakup; extended treatment of drop coalescence and particle collision cross-sections, including some new effects of turbulence; more complete simulations of stochastic growth; expanded treatment of growth modes of graupel, rime and hailstones; new field data and modelling concerning effects of electric fields and charges on cloud microphysics. The book is directed primarily at undergraduate and graduate level students of cloud physics, as well as at specialists in the field of aerosol physics, cloud dynamics, climate modelling, air chemistry, air pollution, and weather modification.

《高精度流体力学模拟：湍流与多相流的数值方法》内容简介本书系统而深入地探讨了高精度流体力学模拟在复杂湍流和多相流系统中的前沿数值方法、理论基础与实际应用。全书聚焦于如何克服传统计算流体力学（CFD）在捕捉细微结构和高精度预测方面的局限性，旨在为研究人员和高级工程师提供一套严谨而实用的工具箱。第一部分：湍流模型的数值基础与高阶方法第一章：湍流的本质与数值挑战本章首先回顾了湍流现象的经典物理学描述，重点阐述了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的局限性，尤其是在处理分离流、回流区和非平衡湍流时的固有误差。随后，引入了直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）作为捕捉湍流结构的关键手段。详细讨论了数值误差的来源，包括离散化误差、时间步进误差以及网格质量对湍流分辨率的影响。第二章：高阶空间离散化技术本章深入剖析了用于提高对流项计算精度的现代空间离散化技术。重点介绍了谱方法（Spectral Methods）及其在处理光滑流动中的优势，包括傅里叶谱法和切比雪夫谱法。随后，详细阐述了紧凑有限差分（Compact Finite Difference）格式，如双重重叠网格（DOLP）和各种高阶有限体积（FV）格式（如WENO、CWENO和迎风重构方案）。对这些方法的截断误差、色散关系以及在处理激波和高梯度区域的稳定性进行了严格的数学分析。第三章：大涡模拟（LES）的理论与实施 LES是模拟中尺度湍流结构的核心工具。本章全面覆盖了LES的理论框架，从子网格尺度（SGS）模型的发展历史讲起。重点讲解了最新的动态SGS模型（如动态Smagorinsky模型和动态混合模型）的构建原理及其在三维非均匀流场中的适用性。此外，讨论了基于滤波操作的能量耗散机制，并对比了不同滤波窗口（如截断滤波器和空间积分滤波器）对模拟结果的实际影响。还包括了对壁面边界层区域的处理策略，如混合RANS/LES方法（如DES和IDDES）的数值实现细节。第二部分：多相流的统一建模框架第四章：相间耦合与界面捕捉方法多相流模拟的难点在于如何精确追踪和描述相界面。本章系统比较了两种主流的界面描述方法：基于网格的（如水平集法 Level Set Method, LSM）和基于物质的（如体积平均法 Volume of Fluid, VOF）。对LSM的挑战——如界面拓扑保持问题——提出了基于能量或曲率修正的先进解决方案。对于VOF，详细分析了界面重构算法（如PLIC方法）的精度和计算成本。此外，讨论了处理界面动量交换的相间作用力模型（Interfacial Force Models），包括对拖曳力、升力（如Saffman-Taylor升力）和马格努斯力的精确计算。第五章：颗粒和液滴的欧拉-欧拉与欧拉-拉格朗日方法本章探讨了针对分散相（颗粒、液滴或气泡）的两种核心数值框架。在欧拉-欧拉（E-E）框架下，重点分析了多流体模型（Multifluid Model）的动量和能量守恒方程组，以及颗粒之间的碰撞模型，如Kinetic Theory of Granular Flow（KTGF）的介质应力张量计算。在欧拉-拉格朗日（E-L）框架下，详细介绍了颗粒轨迹预测的数值积分方案（如高阶Runge-Kutta方法），以及如何精确耦合气相（或连续相）对分散相的反馈作用，特别是对于稀疏到中等浓度流动的处理。第六章：自由表面流的稳定化技术自由表面流动，如波浪与结构物的相互作用，对数值方法的稳定性要求极高。本章聚焦于浸入边界法（Immersed Boundary Method, IBM）在处理动边界和刚性障碍物时的应用。详细介绍了基于力反馈的IBM（如Regularized Delta Function Method）如何将外部约束力映射到计算网格上，同时保持流体动力学方程的守恒性。对于处理剧烈变形的自由表面，探讨了表面张力模型的处理，包括其在非结构化网格上的离散化方法，以及如何利用能量最小化原理来稳定界面。第三部分：高级耦合与应用实例第七章：流固耦合（FSI）的迭代策略本章深入研究了结构动力学与流体运动之间的双向耦合问题。系统比较了松散耦合（Loose Coupling）、紧密耦合（Strong Coupling）以及完全耦合（Fully Coupled）的求解策略。重点介绍了分布式求解器（Partitioned Solvers）与集中式求解器（Monolithic Solvers）的优缺点。对于分布式方法，详细探讨了如何利用亚迭代（Sub-iterations）和界面投影技术来解决因时间步长不匹配或迭代收敛性差导致的“非物理振荡”问题，特别是针对柔性结构与高频流动的耦合。第八章：高性能计算与并行化现代高精度模拟严重依赖大规模并行计算。本章讨论了将上述复杂算法移植到超级计算机环境中的关键技术。核心内容包括：空间域分解技术（Domain Decomposition）、负载均衡策略（Load Balancing）以及面向非结构化网格（如基于四面体或多面体网格）的并行数据结构设计。详细分析了MPI和OpenMP在处理大规模三维湍流网格时的通信效率瓶颈，并介绍了基于GPU加速的高阶有限差分运算的优化技巧。第九章：应用案例：燃气轮机燃烧室与水下航行器本书最后以两个高难度工程应用作为总结。在燃气轮机燃烧室模拟中，展示了如何结合LES和化学反应动力学模型（如详细化学机制和火焰面模型）来预测污染物生成和燃烧不稳定性。在水下航行器模拟中，重点演示了如何利用IBM和高阶LES来分析空化现象（Cavitation）的形成、发展及溃灭过程，以及对结构声学特性的影响。这些案例强调了理论方法在解决实际工程难题中的综合应用能力。