One- and Two-Dimensional Fluids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Antal, Jakli

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 214.64

装帧:HRD

isbn号码:9780750309691

丛书系列:

图书标签:

• 流体动力学
• 一维流体
• 二维流体
• 连续介质
• 物理学
• 数学物理
• 数值模拟
• 边界元法
• 流体数值方法
• 计算物理

好的，以下是关于一本假设的图书的详细简介，该书名为《流体力学的现代视角：从宏观到微观的统一理论》。 《流体力学的现代视角：从宏观到微观的统一理论》 内容概述 本书旨在为流体力学领域的研究人员、高级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，探讨经典流体力学与现代统计物理、非平衡态热力学以及复杂系统理论的交汇点。我们突破了传统上将连续介质假设与分子动力学视为两个独立分支的局限，致力于构建一个能够无缝衔接牛顿黏性流体方程到颗粒尺度动力学的统一理论框架。 全书结构精心设计，首先回顾了经典理论的基石，随后逐步引入更精细的描述方法，并最终聚焦于跨尺度建模的关键挑战与新兴技术。本书的特色在于对信息论在流体力学中的应用、能量耗散的微观起源以及湍流的统计描述进行了深入的探讨，这些内容在传统教材中往往被简化或忽略。 第一部分：经典理论的再审视与新基础 第一章：连续介质假设的精确性与局限 本章从数学物理的角度重新审视了纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组的推导，重点分析了体积平均与时间平均在不同雷诺数（Re）下的适用边界。我们详细讨论了边界条件对高阶效应（如非牛顿行为和非等温效应）的敏感性。此外，本章引入了“有效场论”的概念，将流体视为一种复杂的量子场论在宏观尺度下的有效低能描述，为后续引入统计力学打下基础。 第二章：热力学非平衡态：耗散的源头 传统流体力学通常将黏性视为一个给定的参数，而本章则将其视为热力学非平衡态下的内在属性。我们深入探讨了昂萨格倒易关系在剪切流中的适用性，并详细阐述了基于熵产生原理（Entropy Production Principle）的稳态非平衡态热力学框架。通过分析流体微观组分的能量耗散路径，本章展示了如何从涨落定理（Fluctuation Theorems）的角度对能量耗散的统计性质进行量化。 第三章：拓扑与几何：流线结构的新视角 本章摒弃了纯粹的微分几何描述，转而采用拓扑不变量来识别和分类流场结构。我们详细介绍了流线拓扑结构（如鞍点、结点和涡核）的稳定性分析，特别是针对流场中的高维相空间结构。引入了“流形学习”技术，用于识别和降维高维瞬态流场的内在维度，从而揭示复杂流动中的核心动力学。 第二部分：统计物理与跨尺度建模 第四章：动力学理论：从玻尔兹曼方程到格林-久保公式 本章是连接微观与宏观的关键。首先，我们回顾了玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation）及其在稀薄气体动力学中的应用，特别关注了对流算子（Convective Term）的精确处理。随后，本章将重点放在如何利用格林-久保公式（Kubo Formalism）来计算流体的输运系数（黏度、热导率），这提供了一种纯粹基于平衡态统计力学的计算方法，与传统的牛顿分子动力学模拟形成互补。 第五章：分子动力学模拟的局限与修正 经典分子动力学（MD）在处理界面现象和长时程关联方面存在局限。本章探讨了介观尺度的建模方法，包括介观流体模拟（Mesoscopic Fluid Simulation）如格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）的最新进展。我们特别关注LBM如何整合热力学信息和复杂的边界条件，以及它在模拟多相流体（如乳液和泡沫）中的优势。此外，本章还介绍了高阶矩方程（如Chapman-Enskog展开的高阶修正）在描述过渡区流体行为中的应用。 第六章：湍流的统计描述与信息熵 湍流是流体力学中的核心难题。本章不试图直接求解N-S方程的瞬态解，而是侧重于湍流的统计特性。我们详细分析了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的代数封闭问题，并引入了涡量输运方程（Vorticity Transport Equation）的统计矩封闭方法。核心内容是应用信息熵（如相对熵、互信息）来量化湍流中能量级串（Energy Cascade）的信息损失与重组，提供了一种量化湍流“随机性”的新工具。 第三部分：复杂流体与前沿应用 第七章：非牛顿流体的本构关系与微观结构 本章专门探讨了在宏观尺度下表现出剪切速率依赖性的流体，如聚合物溶液、悬浮液和活性物质。我们讨论了跨尺度的本构关系建立，例如从链式动力学（Chain Dynamics）到Oldroyd模型或Giesekus模型的映射过程。本章还探讨了介观结构（如胶束形成、纤维取向）如何通过“微观应力张量”的形式耦合到宏观流体方程中。 第八章：活性流体与自驱动系统 活性流体，如细菌群落、细胞溶液或自驱动颗粒系统，在能量耗散的机制上与传统流体截然不同。本章从非平衡相场理论的角度出发，分析了活性物质在密度和速度梯度下产生的非互易性（Non-Reciprocal Dynamics）。我们引入了“有效温度”和“有效黏度”的概念来描述活性系统中的能量注入和耗散，并展示了这些系统如何自发形成宏观尺度的流动结构。 第九章：边界层动力学与智能控制 本章聚焦于流体与固体边界相互作用的细节。我们深入研究了边界层分离、再附着的物理机制，并探讨了如何利用微小的扰动（如等离子体体驱动器或吹吸控制）来主动调控边界层行为。本章引入了基于模型预测控制（MPC）的流场优化方法，利用流场传感器的实时数据，结合数据驱动的低阶模型，实现对分离涡的抑制或增强。 结论：未来的挑战与模拟范式的转变 总结部分展望了流体力学研究的未来方向，特别是“因果推断”在复杂湍流分析中的作用，以及如何利用量子计算的潜力来解决高维玻尔兹曼方程的积分问题。本书强调，未来的流体力学研究必须是高度跨学科的，需要深入理解从量子涨落到宏观涡旋之间的所有尺度上的物理机制。 本书特点总结： 统一性： 力求建立从统计物理到连续介质的严谨数学桥梁。 深度： 对耗散、涨落和信息论在流体力学中的应用进行了详细阐述。 前沿性： 涵盖了活性物质、复杂流体和智能控制等当代研究热点。 理论驱动： 侧重于物理原理的推导和数学形式的精确性，而非单纯的数值方法介绍。

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