格子Boltzmann方法的原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:250

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出版时间:2009-1

价格:40.00元

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isbn号码:9787030235893

丛书系列:

图书标签:

• LBM
• 物理
• 综述
• 机械工程
• 格子玻尔兹曼方法
• LBM
• 计算流体力学
• 数值模拟
• 多尺度方法
• 流体动力学
• 物理建模
• 科学计算
• 工程应用
• 数值分析
• 热力学

《格子Boltzmann方法：从基础到前沿的理论与实践》 本书旨在为读者构建一个全面而深入的格子Boltzmann方法（LBM）知识体系。我们从LBM的基本原理出发，逐步引导读者理解其物理意义、数学形式以及在不同尺度和复杂流动问题中的应用潜力。全书内容严谨，逻辑清晰，力求兼顾理论的深度与实践的可操作性。 第一部分：LBM基础理论 本部分将详细阐述LBM的核心概念和数学框架。 引言： 简要介绍计算流体力学（CFD）的发展历程，并突出LBM作为一种新兴方法的优势与独特性。我们将探讨LBM如何从微观粒子行为的角度出发，通过离散化的演化方程，宏观上复现流体的连续介质特性。 Boltzmann方程与格子Boltzmann方程： 深入剖析经典Boltzmann方程的物理含义，包括其碰撞项的各种模型（如BGK模型）及其局限性。在此基础上，详细推导和解释格子Boltzmann方程（LBE）。我们将重点阐述LBE的算子分离形式，即“流淌”（Streaming）和“碰撞”（Collision）两个基本步骤，并解释它们在离散速度空间和时间尺度下的具体含义。 离散速度模型： 介绍构建LBM模拟所需的基本离散速度模型，如D2Q9（二维九速度模型）和D3Q19（三维十九速度模型）等。我们将详细讨论不同模型在速度空间离散化上的特点，以及它们如何影响模拟的精度和效率。此外，还将介绍如何通过模型设计来满足守恒律，确保宏观物理量的正确演化。 宏观量的恢复： 讲解如何从离散的粒子分布函数中恢复宏观物理量，如密度、速度和压强。我们将推导相关的动量矩表达式，并解释守恒律在宏观量恢复过程中的重要性。 等效介质方程： 阐述LBM是如何通过离散的Boltzmann方程，在特定条件下，渐近地恢复纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的。我们将深入分析LBM的泰勒展开，揭示其与连续介质方程之间的联系，并探讨LBM在非平衡态流动的优势。 数值稳定性与精度分析： 分析LBM在数值实现过程中可能遇到的稳定性问题，如不合适的网格尺度、时间步长以及碰撞模型选择等。我们将介绍评估LBM模拟精度的常用方法，并讨论如何通过数值格式的改进来提高精度。 第二部分：LBM在复杂流动中的应用 本部分将聚焦于LBM在解决各种复杂流动问题上的强大能力。 多相流模拟： 详细介绍LBM在多相流模拟中的关键技术，包括相界面捕捉、相间作用力模型（如Shan-Chen模型、Guo模型等）的构建。我们将展示LBM如何有效地模拟气液、液液等界面的演化，以及其在表面张力、润湿等现象中的应用。 多孔介质流动： 讲解LBM如何处理具有复杂几何结构的介质，如多孔介质中的流动。我们将介绍如何根据多孔介质的结构信息来构建LBM的边界条件，以及LBM在模拟渗透、达西定律验证等方面的优势。 微尺度流动与耦合现象： 探讨LBM在模拟微流控、生物流体等微尺度流动问题中的应用。我们将重点介绍LBM如何处理粘性效应、流固耦合、甚至电动力学等耦合现象。 热-流耦合模拟： 介绍LBM在处理传热问题中的扩展。我们将讲解如何引入能量方程，并通过多组分或单组分温度分布函数来模拟导热、对流传热等过程，并展示其在热交换器、冷却系统等领域的应用。 湍流模拟： 讨论LBM在湍流建模方面的研究进展。我们将介绍直接数值模拟（DNS）和基于大涡模拟（LES）的LBM方法，并分析LBM在捕捉湍流复杂结构方面的潜力。 自定义模型与并行计算： 提供LBM的实现细节，包括如何根据特定问题设计自定义的碰撞模型和边界条件。同时，将探讨LBM大规模并行计算的策略，如域分解、通信机制等，以应对高分辨率和大数据量的模拟需求。 第三部分：LBM的前沿研究与发展趋势 本部分将展望LBM的未来发展方向，并介绍最新的研究成果。 新型LBM模型与算法： 介绍近年来涌现出的更高效、更精确的LBM模型，如基于高阶精度离散速度模型、自适应网格技术以及人工智能辅助的LBM方法。 多尺度与多物理场耦合： 探讨LBM与其他数值方法的耦合，以解决更广泛的多尺度、多物理场耦合问题，例如将LBM与分子动力学、有限元方法等相结合。 工业应用案例分析： 通过具体的工业应用案例，如航空航天、汽车工程、能源科学、环境科学等，展示LBM在解决实际工程挑战中的价值。 软件实现与开源社区： 介绍一些常用的LBM开源软件库，并鼓励读者参与到LBM的研发和应用社区中。 本书适合计算流体力学、物理学、工程学等相关领域的本科生、研究生、科研人员及工程师阅读。通过学习本书，读者将能够掌握LBM的基本原理和核心技术，并具备运用LBM解决复杂流动问题的能力。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，那种沉稳又不失现代感的配色方案，让人在书店里一眼就能注意到它。内页的纸张选择也颇为考究，触感温润，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。排版方面，无论是字体的大小、行间距的松紧，还是图表的布局，都体现了编者对细节的极致追求。尤其值得称赞的是，书中那些复杂的公式和流程图，都被清晰、有条理地呈现出来，即便是初次接触这个领域的读者，也能在视觉上迅速抓住重点。这种对阅读体验的重视，使得这本书不仅仅是一本工具书，更像是一件值得收藏的工艺品。它传递出一种严谨的态度，让人在尚未深入内容之前，就已经对作者的专业性和用心程度深信不疑。这种由外在品质带来的心理预设，极大地提升了读者进入学习状态的效率和意愿，是很多技术书籍所缺乏的匠心。

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这本书的叙事逻辑构建得极为精妙，它没有一开始就将读者推入晦涩难懂的数学深渊，而是采取了一种循序渐进、由浅入深的说理方式。初章对于背景知识的铺垫恰到好处，仿佛一位经验丰富的导师，耐心地为你梳理出理解后续复杂理论的“思维地图”。作者似乎深谙读者的心理预期，总能在关键转折点设置巧妙的比喻或类比，将那些抽象的概念具象化。例如，对于某种核心机制的阐释，他引用了一个生活中的日常现象作为参照，使得原本高不可攀的理论瞬间变得触手可及。这种“润物细无声”的引导，让学习过程不再是枯燥的知识灌输，而更像是一场充满发现的智力探险。读完前面的章节，你会有一种“原来如此”的豁然开朗感，这才是真正优秀教材所具备的魅力所在。

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我必须强调这本书在案例分析上的深度和广度。很多教材往往停留在理论推导，但在实际应用环节显得苍白无力，这本书则完全不同。它提供了一系列跨越不同应用场景的详实案例，从宏观的气候模拟到微观的材料设计，每一个案例都配有详尽的参数设置和结果分析。更重要的是，作者并未简单罗列结果，而是深入剖析了在特定应用中，模型参数微调如何影响最终输出的敏感性。这种对“动手实践”与“理论反思”相结合的强调，对于希望将所学知识转化为实际生产力的工程师和研究人员来说，价值无可估量。它教会你的不只是如何“计算”，更是如何“思考”一个模型在真实世界中的局限与潜力，这种实战导向的教学方法非常宝贵。

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这本书的学术严谨性达到了一个令人敬佩的水平，参考文献的引用体系显示出作者对该领域前沿动态的全面掌握。在对某些关键算法进行阐述时，作者不仅引用了经典文献，还对不同流派的观点进行了细致的比较和批判性分析。这种对理论演变历史的梳理，使得读者能够清晰地认识到当前主流方法的优势与潜在的未解决问题。它避免了将单一理论奉为圭臬的倾向，而是鼓励读者保持开放和批判性的思维。对于研究生阶段的学习者而言，这种对知识体系构建的深度剖析，远比单纯掌握操作步骤更为重要，它为你后续的独立研究打下了坚实的方法论基础，提供了跳出“黑箱”看待问题的视角。

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如果用一个词来形容这本书带给我的整体感受，那一定是“构建感”。它不是零散知识点的堆砌，而是一座精心规划的知识大厦。从最基础的统计力学视角，逐步攀升到复杂的介观系统模拟，每向上登一层，都有明确的逻辑支撑和清晰的视野延伸。我发现，在阅读过程中，我不断地将之前学到的物理图像与此刻看到的数学描述进行对照印证，形成了一种牢固的知识网络。这种系统性的、全景式的知识呈现，极大地节省了读者自行组织和连接信息的时间。它成功地将一个看起来庞杂的计算物理领域，梳理得井井有条，逻辑环环相扣，让人在读完之后，仿佛拥有了一个完整且强大的分析工具箱，而非仅仅是一些孤立的工具。

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只能作为一本综述来看，对编程没啥指导作用……无力

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