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出版者:华南理工大学出版社

作者:奚定平

出品人:

页数:338

译者:

出版时间:1993

价格:5.50

装帧:

isbn号码:9787562305712

丛书系列:

图书标签:

• 数学物理
• 偏微分方程
• 常微分方程
• 物理数学
• 方程解法
• 数学模型
• 应用数学
• 高等数学
• 物理学
• 数值分析

深入探索：流体力学前沿理论与应用实践 图书名称：流体力学：从基础原理到复杂系统模拟 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的流体力学知识体系，覆盖了从宏观连续介质理论到微观分子动力学模拟的各个层面。全书结构严谨，内容翔实，不仅注重理论的严密性，更强调工程应用中的实际问题解决能力。 第一部分：流体力学基础与守恒定律 本部分奠定了流体力学的理论基石。首先，我们详细阐述了流体运动学的基本概念，包括流线、迹线、涡线等描述工具，并引入了拉格朗日和欧拉两种描述体系，分析了其相互转化和适用范围。 随后，本书深入剖析了流体动力学的核心——三大守恒定律： 1. 质量守恒（连续性方程）： 从雷诺输运定理出发，推导出不可压缩和可压缩流体中的连续性方程，并讨论了其在不同坐标系下的形式。特别关注了流场中质量源和汇的建模。 2. 动量守恒（纳维-斯托克斯方程）： 详细推导了牛顿流体和非牛顿流体的纳维-斯托克斯方程。我们不仅展示了该方程的矢量形式，还分别给出了笛卡尔、柱坐标和球坐标系下的分量形式。重点讨论了压力梯度、粘性项以及外力项（如重力、科里奥利力）对流动机理的贡献。对于非线性项的物理意义，进行了深入的定性分析。 3. 能量守恒： 针对热力学过程，推导了适用于粘性、热传导和辐射效应的能量方程。讨论了流体内部功和热流对温度场的控制作用，并区分了等温、绝热、等熵流动的条件。 在经典理论部分，我们对理想流体（欧拉方程）和粘性流体（纳维-斯托克斯方程）的解法进行了对比，强调了粘性在边界层现象中的决定性作用。 第二部分：经典流态分析与工程模型 本部分聚焦于经典流体力学问题及其简化模型，是工程分析的必备知识。 1. 无粘流动理论（欧拉方程的应用）： 详细分析了伯努利原理的适用条件和局限性，探讨了势流理论，并引入了达朗贝尔佯谬的分析。对于二维不可压缩势流，本书提供了共轭函数法和格林定理在求解简单几何绕流问题中的应用实例。 2. 粘性流动的基本问题： 重点分析了层流。内容涵盖了库埃特流动、泊肃叶流动（圆管和二维平板）的精确解。随后，本书转向复杂粘性流动的核心——边界层理论。详细阐述了普朗特边界层分解思想，并利用薄边界层近似推导了斯卡洛茨-普朗特方程。对于平板上的摩擦阻力，应用了布劳修斯（Blasius）解析解（或数值结果）进行了精确计算。 3. 湍流： 湍流是现代流体力学中最重要的挑战之一。本书首先定性描述了湍流的特征（随机性、三维性、耗散性）。随后，引入了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，并探讨了雷诺应力的建模问题，详细介绍了零方程模型（如爱迪-斯波尔丁模型）、单方程模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）的基本假设和适用范围，为后续的计算流体力学（CFD）分析打下基础。 4. 可压缩流动基础： 本部分专门处理高马赫数（$Ma > 0.3$）下的流动。内容包括声速的定义、马赫数的物理意义、等熵流动关系式。重点分析了激波现象，推导了正激波和斜激波的欧姆定律关系，并讨论了激波对动量和能量传递的影响。 第三部分：高级主题与现代计算方法 本部分将读者带入流体力学的尖端领域和计算实现层面。 1. 非牛顿流体动力学： 针对剪切变稀、剪切增稠、粘塑性流体等复杂介质，介绍了流变学基本概念，并分析了如幂律流体、宾汉塑性流体的本构方程，以及它们在特定工程设备（如管内输运、挤压成型）中的应用特点。 2. 多相流与界面现象： 探讨了气-液、气-固、液-液等两相流动的基本模型，如欧拉-欧拉模型（双流体模型）和欧拉-拉格朗日模型（粒子追踪）。重点分析了气泡、液滴的运动规律，以及表面张力、毛细管力在小尺度流动中的作用。 3. 计算流体力学（CFD）导论： 详细介绍了求解纳维-斯托克斯方程的数值方法。内容包括有限差分法、有限体积法（重点讲解）和有限元法的基本思想。着重阐述了离散化过程中的数值稳定性和收敛性问题，特别是对压力-速度耦合算法（如SIMPLE算法家族）的原理进行了剖析。 4. 流动可视化与实验技术： 简要介绍了现代流场测量技术，包括粒子图像测速（PIV）、激光多普勒测速（LDV）等非接触式测量手段，以及如何利用这些数据来验证和修正理论模型。 本书特色： 深度与广度兼顾： 理论推导严谨，覆盖了从经典到现代流体力学的主要分支。 工程导向： 穿插了大量真实的工程案例分析，如管道设计、翼型阻力估算、混合器优化等，使抽象理论更具操作性。 数学工具的清晰应用： 明确指出了在不同简化假设下，如何将偏微分方程转化为可解的代数方程组。 本书适合高等院校机械工程、航空航天、土木工程、能源动力等专业的本科高年级学生、研究生，以及从事相关领域研发和设计的工程师参考阅读。通过本书的学习，读者将能够建立起一套扎实的流体力学分析框架，并掌握运用现代工具解决复杂流动问题的能力。

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我是一个比较注重应用和实际操作的读者，这本书在理论深度和实际应用之间找到了一个近乎完美的平衡点。它没有沉溺于纯粹的数学推导而脱离物理实际，也没有因为追求应用而牺牲了理论的严谨性。书中的案例分析部分，简直是我的“救星”。它们涵盖了从经典热传导到量子力学的多个前沿领域，展示了如何利用书中学到的工具箱去解决真实世界中的难题。更难得的是，作者在介绍完基本解法后，还会引导读者去思考这些解的物理意义，去探究不同边界条件对解的影响，这种鼓励批判性思维的引导方式，远比简单地告知“答案是什么”要深刻得多，让我受益匪浅。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调，配合着烫金的字体，透着一股沉稳而又神秘的气息。刚拿到手的时候，我就被它厚重的质感吸引住了，感觉这不是一本简单的教材，更像是一件精美的艺术品。内页的排版也做得非常考究，字体的选择和行距的把控都恰到好处，阅读起来丝毫没有压迫感，反而有一种沉浸其中的舒适感。我喜欢那种作者精心布局的排版，让人在学习枯燥的理论知识时，也能享受到视觉上的愉悦。这种对细节的极致追求，让我对书中的内容充满了期待，相信作者在编撰这本书时也投入了同样的心血和匠心。它不仅仅是知识的载体，更是一种阅读体验的升华，让人愿意花时间去细细品味。

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说实话，我对很多专业书籍的阅读体验都不太好，常常因为晦涩难懂而中途放弃。但这本书完全颠覆了我的认知。作者在解释那些硬核的数学概念时，用词非常精准，但又带着一种独特的“人情味”。他似乎能预判到读者在哪个地方会产生困惑，并在那个点上，用一两句精辟的比喻或者一个形象的类比来点破迷津。这种教学相长的感觉，让我觉得作者不仅仅是一个高高在上的学者，更像是一位耐心的、懂得如何引导初学者的良师益友。书中的图示和插图也极具启发性，它们不是简单的装饰，而是对抽象概念的完美可视化诠释，极大地帮助我构建了空间想象力，让抽象的偏微分方程仿佛触手可及。

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这本书的内容组织结构简直是教科书级别的示范，逻辑链条清晰到让人叹为观止。从最基础的概念引入，到逐步深入到复杂的模型推导，每一步的衔接都像是精心编排的乐章，高低起伏，流畅自然。我尤其欣赏作者处理复杂问题时的那种“庖丁解牛”式的剖析能力，总能用最直观的方式将那些看似高不可攀的数学工具应用到实际的物理情境中去，让人豁然开朗。而且，书中的例题选择非常巧妙，它们既能巩固刚刚学到的理论，又能在不经意间展示出不同方法之间的相互联系和转换，这种全局观的培养，对于一个深度学习者来说，价值不可估量。读完一个章节，感觉不仅仅是掌握了一堆公式，更是建立起了一套完整的分析问题的思维框架。

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从我个人的阅读习惯来看，一本好书应该是能够经受住反复翻阅和检验的。这本书的装订质量非常扎实，即便是每天频繁地翻看，重点标记，它依然能保持完好如初的状态，这对于一个需要经常查阅和回顾的学生来说至关重要。此外，书后的索引和参考文献列表做得极其详尽，为我接下来的深入研究打下了坚实的基础。每当我在其他地方遇到相关概念的疑惑时，这本书总能迅速提供一个权威且易于理解的回溯点。它不仅仅是我的学习资料，更像是我书架上的一位“定海神针”，每次拿起，都能重新汲取到新的力量和清晰的思路，这份可靠性，在浩瀚的学术资料中是极其宝贵的品质。

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