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isbn号码:9787302156260

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好的，这是一份关于一本名为《流体动力学基础与应用》的图书简介，该书旨在系统阐述流体力学领域的核心理论、分析方法及其在工程实践中的广泛应用，内容完全不涉及“计算力学”的相关主题。 --- 图书简介：《流体动力学基础与应用》 导言：驾驭无形的力量 流体（液体和气体）是自然界中最普遍存在的物质形态之一，它们的存在与流动构成了我们世界运行的基本规律。从宏观的地球气候系统到微观的生物体内血液循环，再到现代工业中的航空航天、能源转换与环境保护，对流体运动的精确理解与有效控制，是现代工程科学与技术进步的基石。 《流体动力学基础与应用》是一部面向高年级本科生、研究生以及相关领域工程师和科研人员的权威性教材与参考手册。本书以严谨的数学物理基础为支撑，以清晰的逻辑结构为主线，全面、深入地剖析了流体运动的内在机理，并系统地展示了这些理论在现代工程领域中的关键性应用。全书力求在理论深度与工程实用性之间找到完美的平衡点，培养读者从物理直觉出发、运用数学工具解决复杂流体问题的综合能力。 --- 第一部分：流体力学的基石——守恒定律与本构关系 本部分致力于构建流体力学分析的理论框架，重点阐述描述流体运动的几个基本守恒定律，并探讨流体的本构关系，这是后续复杂流动分析的出发点。 第一章：流体的基本概念与描述方法 本章首先界定流体这一物理实体，区分液体、气体与粘性流体。详细介绍了描述流体运动的两种主要方法：拉格朗日观点（关注特定流体微团的轨迹）和欧拉观点（关注空间中固定点的速度场）。在此基础上，系统引入了物质导数（随体导数）的概念，这是连接微团运动与场变量描述的关键桥梁。同时，深入探讨了流场的几何描述，包括流线（Streamlines）、迹线（Pathlines）和时间线（Timelines）的物理意义及其相互关系。 第二章：流体的运动学 运动学是流体动力学的几何基础。本章聚焦于流场的纯粹运动描述，不涉及力的作用。核心内容包括速度梯度张量的分解，将其拆解为旋转、伸缩和纯剪切三部分。详细推导了流体的旋转速率和应变率，这些物理量直接关系到流体内部的应力状态。特别强调了涡度（Vorticity）的概念及其重要性，以及在笛卡尔、柱坐标和球坐标系下的速度、加速度和涡度表达形式。 第三章：流体动力学的基本方程组 这是全书的核心理论基石。本章基于三大基本守恒定律——质量守恒、动量守恒和能量守恒——在流体微团上的积分形式和微分形式推导。 质量守恒（连续性方程）： 详细分析了不可压缩流体和可压缩流体的连续性方程的适用条件与形式，凸显了散度算子在质量守恒中的作用。 动量守恒（纳维-斯托克斯方程）： 耗费大量篇幅，严格推导了考虑粘性效应的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。方程的推导过程细致入微，清晰展示了惯性力、压力梯度力、体积力（如重力）以及粘性剪切力在动量平衡中的贡献。 能量守恒： 讨论了热力学第一定律在流动体系中的应用，推导出考虑粘性耗散和热传导的能量方程。对于恒定温度和恒定比热的理想流体情况进行了简化分析。 第四章：流体的本构关系与本构方程 本章阐述了描述流体内部应力与变形速率之间关系的本构关系。重点分析了牛顿流体（Newtonian Fluid）的线性粘性关系，包括等温和非等温条件下的粘度特性。同时，简要介绍了非牛顿流体（如幂律流体、剪切稀化流体）的特性，以拓宽读者的视野。最后，将本构方程代入N-S方程，形成完整的封闭方程组。 --- 第二部分：经典解与简化分析方法 在掌握了全套微分方程后，本部分通过对特定简化情况下的方程求解，揭示流体运动的本质规律，并介绍行之有效的近似分析方法。 第五章：无粘流体与欧拉方程 本章探讨了理想情况——无粘流体（Viscosity $mu = 0$）的流动特性，即欧拉方程。 伯努利方程的导出与应用： 这是流体力学中最著名的方程之一。本书将通过严格的动量积分推导，阐明伯努利方程成立的严格物理条件（等熵、定常、无粘、沿流线），并分析其在静压、动压和总压测量中的应用。 势流理论： 引入流函数（Stream Function）和速度势（Velocity Potential），分析了无旋流动（Irrotational Flow）的特性，并讨论了叠加原理在简单几何体绕流分析中的应用。 第六章：粘性流动的基本解——普朗特数的统治 本章开始关注粘性对流动的决定性影响，主要处理层流（Laminar Flow）情况。 著名的精确解： 详细分析了经典的可解流动问题，如： 泊肃叶流动（Poiseuille Flow）： 管道内定常、完全发展的层流，推导速度剖面和流量关系。 库埃特流动（Couette Flow）： 动平板间剪切流动的速度分布，用于理解简单剪切作用。 边界层理论的引入： 阐述了普朗特（Prandtl）边界层理论的物理基础——将流场划分为无粘外部流和薄薄的粘性边界层。推导了边界层内的简化方程，并介绍了普朗特输运方程，为后续的湍流分析奠定基础。 第七章：量纲分析、相似性与模型试验 在工程应用中，实验与理论的结合至关重要。本章聚焦于如何利用物理相似性指导实验设计和工程放大。 π定理（Buckingham $pi$ Theorem）： 系统讲解如何利用无量纲化来简化复杂的物理问题，从一组物理变量中提炼出关键的无量纲参数组合。 关键无量纲数： 深入分析了雷诺数（Reynolds Number, Re）、弗劳德数（Froude Number, Fr）、马赫数（Mach Number, Ma）、欧拉数（Euler Number）等在不同流体问题中的物理意义和判断标准，明确了流动是层流还是湍流的判据。 相似性原理： 阐述了几何相似、运动学相似和动力学相似的要求，这是进行风洞试验、水池试验等模型试验的理论依据。 --- 第三部分：实际流动现象与工程应用 本部分将理论知识应用于复杂且具有实际意义的流动问题，探讨了湍流、可压缩流以及多相流动的基本特征。 第八章：湍流流动概述 湍流是工程中最普遍存在但又最难精确描述的流动状态。 湍流的统计描述： 介绍雷诺时均化（Reynolds Averaging）方法，推导出雷诺应力的概念，揭示了湍流脉动对平均流场的影响。 湍流模型简介： 虽然精确解析解几乎不可能，但本章会介绍工程上常用的一维/二维湍流模型的物理思想，如混合长度模型（Mixing Length Model）和零方程模型的基本概念，用以估算管道和边界层中的阻力。 第九章：管道内流动与阻力计算 这是流体力学在土木、化工和机械工程中最直接的应用之一。 完全发展层流与湍流： 分别讨论了在圆形管道中，层流和湍流的摩擦系数（Darcy-Weisbach摩擦因子）与雷诺数的关系，重点介绍穆迪图（Moody Chart）的使用及其在实际工程管道设计中的应用。 局部阻力： 分析流经阀门、弯管、扩缩口等附件时产生的局部压降计算方法。 第十章：外场流动的基本概念 本章转向物体外部的流动，主要关注流体绕过固体物体的现象。 绕流与升阻力： 严格定义了升力（Lift）和阻力（Drag）的概念，它们是流体力学对航空航天和汽车设计最重要的贡献。 阻力的来源分解： 详细分析了阻力主要由两部分构成：压差阻力（或形状阻力）和摩擦阻力。讨论了钝体（如球体、圆柱体）和尖锐物体（如翼型）的绕流特性，以及失速（Stall）现象的物理成因。 第十一章：可压缩流动的初步探讨（低速与高速） 本章简要介绍当流体速度接近或超过音速时，流体力学规律发生的显著变化。 等熵流与马赫数： 介绍了声速的概念以及马赫数对流动特性的划分（亚声速、跨声速、超声速）。 等熵流动关系： 介绍了静温、静压与总温、总压之间的等熵关系。 激波（Shock Wave）的引入： 简要介绍了斜激波和正激波的概念，以及它们在超声速流动中对流场参数的剧烈不连续影响。 --- 总结与展望 《流体动力学基础与应用》旨在为读者提供坚实的理论基础和解决实际问题的能力。本书的结构设计确保了从最基本的守恒定律到复杂的工程应用都能得到系统性的覆盖。通过对数学推导的细致呈现和对物理现象的深刻洞察，本书力求成为读者在流体科学领域探索的可靠伙伴。掌握本书内容，将使读者有能力分析、预测并优化各种流体相关的工程系统。

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我是在一个偶然的机会下翻到这本书的，当时只是被它厚实的装帧和略显神秘的扉页所吸引。作为一个对工程结构以及材料科学有浓厚兴趣的普通爱好者，我总觉得那些宏伟的建筑和精密的机械背后，一定蕴含着某种超越直觉的科学原理。而“计算力学”这个词，在我听来，就像是打开了通往这扇神秘大门的一把钥匙。我希望这本书能够像一位经验丰富的向导，带领我一步步走进这个严谨而又充满创造力的领域。我渴望了解，那些在理论物理中描述物质运动和受力规律的公式，是如何被转化为计算机可以理解和处理的代码的。我想知道，在这个转化过程中，有哪些关键的算法和数学模型发挥着核心作用，以及它们又是如何被设计和优化的。如果书中能穿插一些历史发展脉络的介绍，比如这项技术是如何一步步发展至今的，那我会感到更加兴奋，因为了解过去才能更好地理解现在和未来。

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这本书的标题“计算力学”吸引了我，因为它听起来就充满了技术含量和前沿性。我一直对那些能够将抽象的科学理论与实际工程应用紧密结合的学科非常着迷。在如今这个数据爆炸的时代，我深信计算能力的重要性，并好奇它如何在力学领域发挥作用。我希望这本书能让我了解到，究竟是什么样的计算方法和技术，能够让我们如此精确地模拟和预测物理现象。我特别期待书中能详细阐述一些核心的计算力学方法，例如它们是如何将连续的物理域离散化，如何建立和求解大型方程组，以及如何处理边界条件和载荷。同时，我也希望能够看到一些成功的案例研究，展示计算力学在解决现实世界中的复杂工程问题时是如何发挥作用的，比如在结构分析、流体动力学模拟、热传导分析等方面的应用，这样我才能更直观地理解这门学科的价值和魅力。

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这本书的封面设计就很有学术范儿，那种沉稳的蓝色搭配硬挺的书脊，放在书架上立刻提升了整体格调。我当初选择它，很大程度上是被“计算力学”这个名字吸引住了。听起来就像是掌握了物理世界背后运行的密码，能够用数字的力量来模拟和预测一切。我一直对物理学和计算机科学的交叉领域非常感兴趣，总觉得那才是解决复杂工程和科学问题的终极武器。想象一下，能够通过模拟来设计更安全的桥梁，更高效的飞机，甚至预测地震的发生，这简直是科学的浪漫！我希望这本书能带我走进这个充满魅力的世界，让我了解那些隐藏在宏大叙事背后的精妙算法和数学原理。尤其是看到书名里有“计算”两个字，我就对接下来的内容充满了期待，想知道究竟是如何将抽象的力学理论转化为可执行的计算机程序，以及在这个过程中需要克服哪些挑战。我希望这本书不仅能给我提供理论知识，更能让我看到一些实际的应用案例，最好是能够配上一些图表和流程图，这样更容易理解。

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说实话，我选择这本书纯粹是因为它的名字给我一种“硬核”的感觉。我一直觉得，在现代科技飞速发展的今天，那些能够驾驭复杂计算、并将其应用于解决实际问题的学科，是最具潜力的。而“计算力学”恰恰点燃了我对这种潜力的好奇心。我期待这本书能让我领略到，如何将那些抽象的物理定律，例如牛顿力学、弹性力学等，通过计算机强大的运算能力，转化为能够模拟真实世界行为的工具。我希望书中能够详尽地介绍相关的数值方法，比如有限元分析、有限差分法等等，并且能够解释清楚这些方法的原理、适用范围以及它们在不同工程问题中的具体应用。如果能看到一些实际的案例分析，比如如何用计算力学来预测材料在极端载荷下的失效模式，或者如何优化流体动力学设计，那将是极大的惊喜。我希望能通过这本书，对现代工程设计和科学研究的计算驱动模式有一个更深刻的认识。

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我买这本书时，并没有对“计算力学”这个概念有多少深入的了解，纯粹是被它所传达出的那种“用计算解决物理难题”的意境所打动。我一直认为，人类对世界的认知离不开数学和物理学，而计算机的出现，则为我们提供了前所未有的工具来探索更深层次的奥秘。这本书的名字，就像是在告诉我，通过数字化的手段，我们能够以前所未有的精度和效率来理解和操控物理世界。我希望这本书能够为我打开一扇窗，让我看到力学研究的最新进展，特别是那些与计算机科学紧密结合的部分。我期待书中能够介绍一些前沿的计算方法和技术，以及它们是如何被应用于解决一些具有挑战性的工程问题的。例如，在航空航天、生物医学工程、材料科学等领域，计算力学是如何发挥作用的，能够有一些具体的范例，我就算是一个门外汉，也能窥见其中的精妙之处。

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