具体描述
好的，这是一份关于一本名为《流体力学基础与应用》的图书简介，完全不涉及《Thermal Physiology》的内容，旨在提供一份详实、自然流畅的图书介绍。 --- 图书名称：《流体力学基础与应用：从理论建模到工程实践》 图书简介 《流体力学基础与应用：从理论建模到工程实践》是一本全面而深入探讨流体运动规律及其工程应用的权威著作。本书旨在为工程、物理、化学以及相关领域的学生、研究人员和工程师提供一个坚实的理论基础，并辅以大量贴近实际工程问题的应用实例。我们力求在保持科学严谨性的同时，以清晰直观的方式阐释流体力学的核心概念，使读者能够有效地将理论知识转化为解决实际问题的能力。 本书的结构设计兼顾了学科的逻辑递进和知识体系的完整性。全书分为四大核心部分：基础理论、分析方法、工程应用与前沿课题。 第一部分：基础理论与守恒定律 本部分是全书的基石，详细介绍了流体力学研究的出发点和基本工具。我们从宏观的连续介质假设出发，引入了流体的基本概念，如粘度、密度和压力。随后，我们深入探讨了流体力学的核心——三大守恒定律在流体运动中的具体表达形式：质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒（热力学第一定律在流动中的应用）。 特别值得一提的是，本书对纳维-斯托克斯方程的推导过程进行了详尽的、步进式的解析，强调了张量分析在描述流场应力状态中的关键作用。对于不可压缩流体和可压缩流体，我们分别给出了简化形式，并结合伯努利方程的适用条件和局限性进行了批判性讨论，避免了初学者常犯的误用错误。此外，本部分还详细阐述了流动的分类，如层流与湍流的本质区别，并引入了雷诺数（$Re$）作为判别流态的核心无量纲参数。 第二部分：分析方法与简化模型 在掌握了守恒定律之后，本部分侧重于介绍如何将复杂的偏微分方程转化为可求解的模型。我们首先介绍了分析解的求解方法，重点放在了简单的蠕流（Creeping Flow，$Re ll 1$）和无粘流动的拉普拉斯方程的求解。通过这些解析模型，读者可以直观理解边界条件对流场结构的影响。 随后，本书迈向了更具挑战性的湍流研究。湍流是现代流体力学中的核心难题，本书没有回避其复杂性，而是系统地介绍了湍流统计理论，包括雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的推导及其引入的“封闭性”问题。我们详细对比了不同湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）的物理假设、优缺点及其在不同工程场景下的适用性，为读者进行数值模拟打下坚实基础。 对于更精细的结构分析，本书也引入了直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）的概念，解释了它们在捕捉瞬态流动结构方面的优势和计算代价。 第三部分：工程应用与专业领域 理论的价值最终体现在应用上。本部分将前两部分的知识系统地应用于多个关键工程领域。 1. 外部流动与气动/水动力学： 重点分析了流体绕过物体时的阻力、升力和力矩的产生机理。对于翼型设计，我们深入探讨了边界层分离、压力梯度对流动的影响，并介绍了如何利用势流理论和边界层理论进行初步的气动设计估算。对于管道和设备中的内部流动，本书详细分析了沿程和局部阻力的计算方法，并给出了泵、阀门等流体机械的选型与性能评估的实用指南。 2. 多相流与传热对流： 现代工业过程往往涉及气-液、液-固等复杂的多相系统。本章详细阐述了气泡动力学、液滴运动、颗粒悬浮和两相流动的基本模型（如欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型）。在传热部分，我们将动量和能量方程相结合，深入探讨了自然对流和强制对流的机制，特别是针对换热器设计中的热边界层分析。 3. 微尺度流动与生物流体： 面对新兴的微机电系统（MEMS）和生物医学工程的需求，本书专门设立章节讨论了低雷诺数下的流动特性，例如毛细管内的驱动机制、微通道中的质量传递效率，以及血液在血管中的非牛顿流体特性。 第四部分：计算流体力学（CFD）导论 鉴于CFD在现代工程分析中的核心地位，本书以一个全面的导论结束。本部分不只是停留在理论介绍，而是侧重于CFD的实施过程。我们解释了有限体积法（FVM）作为主流CFD算法的原理，包括离散化过程、网格生成的重要性、以及压力-速度耦合算法（如SIMPLE算法族）的迭代求解策略。此外，我们还强调了计算结果的可靠性验证和工程不确定性分析的重要性，帮助读者辨别和克服数值模拟中的常见陷阱。 本书特色： 平衡性： 在理论深度和工程实用性之间取得了精妙的平衡。 可视化： 配备了大量高质量的流场示意图、实验照片和模拟结果截图，以增强对抽象概念的理解。 问题导向： 每章末尾都设有难度适中的习题，结合实际工程背景，鼓励读者应用所学知识。 连贯性： 全书内容环环相扣，从最基本的守恒律一步步构建出解决复杂工程问题的分析框架。 《流体力学基础与应用》不仅是一本教科书，更是一位指导工程师和研究人员洞察流体世界复杂性的专业伙伴。通过系统学习本书内容，读者将能够自信地驾驭流体力学这一跨越多个工程学科的核心工具。 ---
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