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出版者:Springer

作者:Sell, George R.; Foias, Ciprian; Temam, Roger

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:1993-10-22

价格:USD 99.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387941134

丛书系列:

图书标签:

• 流体湍流
• 湍流模型
• 流体力学
• 计算流体力学
• 边界层
• 稳定性理论
• 混沌
• 非线性动力学
• 传热
• 工程应用

动量守恒与微观结构：流体力学前沿探索 本书导言 本书旨在为对流体力学，特别是复杂流体系统中的动量传输、能量耗散和结构形成机制感兴趣的读者，提供一个深入而全面的视角。我们着眼于超越经典边界层理论和线性稳定性分析所能触及的领域，聚焦于那些由非线性相互作用、复杂介质特性或极端环境条件所驱动的现象。本书的叙事逻辑，从最基本的流体运动方程出发，逐步深入到湍流结构、界面动力学、多相流的微观机制，以及先进的数值模拟方法在揭示这些复杂现象中的应用。 第一部分：流体力学基础与非线性动力学 第一章：纳维-斯托克斯方程的精炼与现代诠释 本章回顾了流体力学理论的基石——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。我们不仅重申了其在质量、动量守恒上的地位，更侧重于其在非线性项（惯性项）对流场结构塑造中的核心作用。重点讨论了经典解（如Poiseuille流、Couette流）的局限性，并引入了如何从统计力学和信息论的角度来理解N-S方程的解空间，包括对奇异性、光滑性以及解的长期行为的探讨。我们还将介绍谱方法和有限元方法在求解高雷诺数下N-S方程时的优势与挑战。 第二章：线性稳定性分析的边界与过渡 线性稳定性理论是理解流体从有序到无序转变的传统工具。本章详细阐述了如何通过特征值问题来识别初始扰动的增长模式（如Kelvin-Helmholtz不稳定性、Rayleigh-Taylor不稳定性）。然而，本书的重点在于讨论“边缘情况”——当线性理论失效或预测能力不足时。我们将分析非线性饱和机制，例如三维化（Squires理论的延伸）、亚临界失稳现象（Subcritical Bifurcations）以及对初始扰动幅度的敏感性，这些都指向了真正的复杂流动现象。 第二章补充：间歇性和边界层分离的非线性反馈 深入探讨了在低密度梯度或高压力梯度作用下，边界层如何经历复杂的过渡。我们分析了“拟序结构”（Quasi-Streamwise Vortices）的形成、维持及其与主流的能量交换，这是理解摩擦阻力产生和抑制的关键。 第二部分：复杂流体介质中的动量传输 第三章：高分子溶液与粘弹性流体的本构关系 本章将视角转向非牛顿流体，特别是那些因高分子链或纤维悬浮而表现出粘弹性行为的介质。我们将介绍经典的本构模型，如Oldroyd-B模型、Giesekus模型和Phan-Thien-Tanner模型，并讨论它们在描述剪切稀化、拉伸粘度和异常法向应力等现象上的成功与不足。重点分析了“高拉伸比”（High Elongation Ratios）下流场中应力趋于无穷大的现象——“挂钩不稳定性”（Dumbbell Instability）的物理根源。 第四章：多孔介质中的渗透与非均相流 对于渗透流动的研究，经典的Darcy定律提供了宏观描述，但本章着重于微观结构的影响。我们讨论了孔隙结构（孔隙度、连通性、颗粒形状分布）如何影响有效渗透率和局部速度剖面。内容涵盖了从拉梅尔（Laplace）方程在复杂几何中的应用，到非线性粘性项（如Forchheimer效应）在高速渗透流中的必要性。同时，我们引入了随机行走模型来描述弥散现象，这对于理解污染物在地下水中的迁移至关重要。 第五章：界面动力学与液-液/气-液流动 流体之间的界面是能量和物质交换的场所，其动态行为极大地影响了宏观性能。本章聚焦于界面张力、Marangoni效应（表面驱动流动）以及界面变形机制。我们详细分析了液滴的动力学——从球形液滴在剪切场中的变形、破碎到聚并过程。在气液两相流中，我们将探讨气泡的生成、上升轨迹的稳定性（如螺旋运动），以及空化现象的起始条件与预测。 第三部分：先进的分析工具与数值模拟 第六章：尺团理论与数据降阶方法 经典湍流理论（如Kolmogorov的4/5定律）侧重于能量级联，但本书更关注于识别和量化决定流场演化的关键“尺团”（Scales）。本章介绍了利用Proper Orthogonal Decomposition (POD) 技术从高维数据集中提取出最主要的、能量最大的相干结构。随后，我们将探讨将这些低秩近似应用于模型降阶，以实现对复杂动力学过程的快速预测。 第七章：拉格朗日视角下的流场追踪 传统的欧拉视角描述了固定点上的场变量，但对于理解物质传输和涡旋的寿命至关重要是拉格朗日视角。本章介绍了粒子追踪测速（PTV）技术背后的流体力学原理，并讨论了如何利用拉格朗日轨迹分析（如有限时间李雅普诺夫指数，FTLE）来识别流场中的混沌区域和分离边界。这种方法对于理解化学反应器中的混合效率和海洋中的物质扩散具有不可替代的价值。 第八章：数值模拟的前沿挑战——网格无关性与物理建模 本章深入探讨了大规模计算流体力学（CFD）的应用瓶颈。我们首先讨论了如何确保数值解的网格无关性，以及时间离散化误差对非线性问题的影响。重点分析了壁面函数（Wall Functions）在近壁面处理中的局限性，并介绍了全解析的（Wall-Resolved）大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的计算成本与物理洞察之间的权衡。最后，我们探讨了将机器学习框架（如物理信息神经网络 PINNs）融入传统流体力学求解器的潜力与当前存在的挑战。 结语：展望 本书试图构建一个从微观物理到宏观现象的连续理论框架。未来的流体力学研究将不可避免地与材料科学、生物物理学以及数据科学深度交叉。我们期待读者能够利用本书所提供的分析工具，去探索那些仍然充满挑战的领域，例如跨尺度耦合、软物质的本构描述，以及在极端环境（如高超音速流动）下的流动控制。

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我最近在学习一些关于天气预报和气候模型的内容，而湍流在其中扮演着非常关键的角色，它影响着大气的能量和动量的传输，也决定了天气系统的演化。《Turbulence in Fluid Flows》这本书，我希望它能帮助我理解湍流是如何影响大气动力学的。我希望书中能够解释，大气中的湍流是如何产生的，比如由于地形、太阳辐射和地表热量差异等因素。我希望能够了解，湍流是如何影响大气边界层的发展和演化，以及它如何影响地表能量平衡。我特别想知道，湍流是如何在大尺度天气系统中起作用的，比如它如何影响云的形成和降水，以及它如何影响风暴的强度和路径。我希望这本书能够提供一些关于湍流参数化方案的介绍，以及这些方案在数值天气预报模型中的应用。如果书中能够包含一些关于湍流在地表能量传输、污染物扩散以及气候变化研究中的作用的讨论，那对我来说将是极大的启发。我希望能够通过这本书，对湍流在气象和气候领域的重要性有一个更深刻的认识。

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我最近刚开始涉足一些关于环境科学的项目，其中涉及到水流的模拟和预测，而“湍流”这个概念，时不时就会跳出来。我本身不是物理学或工程学的背景，所以对于那些复杂的数学推导和专业术语，我总是有点望而却步。但《Turbulence in Fluid Flows》这本书，我希望能找到一些相对易于理解的入门内容。我迫切希望了解湍流的基本概念，比如什么是湍流，它和层流有什么区别，以及它对我们身边的环境有什么具体的影响。我希望这本书能用清晰的比喻和直观的图示来解释这些概念，而不是上来就抛出一堆公式。如果书中能够介绍一些湍流在河流、湖泊、海洋甚至大气中的表现形式，以及它如何影响污染物扩散、水体混合等问题，那就太棒了。我希望能从这本书中获得一些关于如何分析和描述这些自然界中湍流现象的基本工具和思路。毕竟，我需要将这些知识应用到我的研究中，哪怕只是初步的理解和分析，也能让我事半功倍。我希望这本书不会太过于理论化，而是能够提供一些实际应用的视角，让我明白这些看似抽象的概念，是如何与我们生存的环境息息相关的。

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哇，拿到《Turbulence in Fluid Flows》这本书，我真的有一种打开新世界大门的激动。虽然我本身不是专门做流体力学研究的，但对科学知识总是充满了好奇。这本书的封面就带着一种深邃而又充满动感的蓝色，让人一眼就能感受到它所探讨主题的本质——那种不可预测、难以捉摸却又无处不在的“湍流”。我一直对那些看似混乱的现象背后隐藏的规律很着迷，比如天气变化，比如河流的奔涌，甚至比如我喝咖啡时产生的细微旋涡。我总觉得，理解这些“无序”的背后，才能更深刻地洞察这个世界的运行方式。这本书会不会就像一本指南，为我解读那些肉眼难以捕捉的湍流奥秘呢？我特别期待它能用一种既严谨又不失趣味的方式，将那些复杂的数学公式和物理概念变得更容易理解。毕竟，很多时候，科学的魅力就在于将宏大的宇宙或微观的粒子，用清晰的逻辑串联起来，让我们这些普通人也能窥见一斑。我想象着，翻开书页，就像走进一个充满未知但又井井有条的实验室，作者就像一位经验丰富的向导，一步步带领我探索湍流的深层结构，从它的起源、演化到它在不同领域中的应用。我甚至开始想象，这本书会不会涉及一些前沿的研究成果，比如湍流在航空航天、能源领域，甚至生物学中的一些有趣应用？这些都是我非常感兴趣的方面，希望能在这本书中得到一些启发。光是这本书的名字，就足够让人浮想联翩，期待值拉满。

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我一直对那些能够解释宏观世界现象的物理学原理感到着迷，而湍流无疑是其中最令人着迷和最具挑战性的领域之一。《Turbulence in Fluid Flows》这本书，我希望它能够以一种非常深刻和系统的方式，为我揭示湍流的本质。我期待书中能够深入探讨湍流的统计力学理论，比如Kolmogorov的能量级串理论，以及如何用概率论和统计学的方法来描述湍流的不可预测性。我希望能够理解湍流的产生机制，比如流动失稳是如何导致层流向湍流的转变，以及不同类型的湍流，如自由剪切湍流和壁面边界层湍流，它们各自的特点和演化规律。这本书会不会涉及到一些关于湍流能量耗散和产生的讨论？我希望能够了解到，能量是如何在湍流的涡旋结构中传递和耗散的，以及这个过程对流动的整体行为有什么影响。如果书中能够探讨一些关于湍流的奇异吸引子或者混沌动力学方面的知识，那就更加令人兴奋了。我希望这本书能让我对湍流的认识，从一种模糊的感知，上升到一种更具科学深度和哲学思考的理解。

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作为一名对环境监测和污染扩散模型感兴趣的学生，我发现湍流在理解污染物在空气和水体中的输运和混合过程中扮演着至关重要的角色。因此，《Turbulence in Fluid Flows》这本书引起了我的高度关注。我希望这本书能够详细阐述湍流是如何影响物质的扩散速率和混合效率的，并能够介绍一些描述湍流扩散的模型，例如扩散系数的定义和影响因素。我特别想了解，在不同尺度的流动中，湍流的扩散机制是如何变化的，比如在微观尺度上的分子扩散和宏观尺度上的涡流扩散。我希望书中能够包含一些关于湍流混合的理论，以及如何量化湍流混合的程度。此外，我还需要了解湍流在实际环境中的应用，例如在河流和海洋中的污染物扩散，以及在大气中的气溶胶输运。如果书中能提供一些关于湍流对生态系统影响的讨论，比如对水体富营养化或空气质量的影响，那就更好了。我希望这本书能够帮助我建立起关于湍流在环境科学中应用的基础知识，并为我日后的研究提供理论上的支持。

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我是一名对高性能计算在科学研究中应用非常感兴趣的学生，而流体力学，特别是湍流模拟，一直是高性能计算的重要应用领域。《Turbulence in Fluid Flows》这本书，我希望它能为我提供关于如何利用计算能力来研究和理解湍流的深入见解。我希望书中能够详细介绍湍流模拟中的数值方法，例如有限差分法、有限体积法和有限元法等，以及它们在求解Navier-Stokes方程时的优缺点。我尤其关注高雷诺数湍流模拟的挑战，比如如何处理数值耗散、如何保证计算稳定性，以及如何有效地捕捉湍流的细微结构。我希望书中能够介绍一些先进的湍流建模技术，比如多尺度模型、混合模型以及机器学习在湍流建模中的应用。如果书中能够包含一些关于并行计算算法和大规模分布式计算在湍流模拟中的应用方面的介绍，比如如何有效地进行网格划分、通信和负载均衡，那将对我非常有价值。我希望能从中了解到，如何设计和执行高效的湍流模拟，以获得更精确和可靠的研究结果。

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我最近正在进行一项关于模拟城市环境中空气动力学的研究项目，而湍流的建模和计算是其中的关键挑战之一。我了解到《Turbulence in Fluid Flows》这本书，希望能够从中获得更深入的理论指导和方法论上的启示。我尤其关注书中关于湍流建模的最新进展，比如RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯方程）模型、LES（大涡模拟）以及DNS（直接数值模拟）等方法的原理、适用性和局限性。我希望书中能对不同模型的选择依据、参数设置以及计算精度等方面进行详细的阐述，并能提供一些实际的算例，展示这些模型在不同工程场景下的应用效果。我还需要了解湍流边界层的处理技术，以及如何处理湍流与近壁面相互作用的问题，这对于精确模拟建筑周围的空气流动至关重要。另外，我希望书中能够探讨一些关于高雷诺数湍流的数值模拟方法，以及如何有效地处理湍流的数值耗散和离散化误差。如果书中能够包含一些关于并行计算和高性能计算在湍流模拟中的应用，以及一些常用的CFD软件中湍流模型实现方面的介绍，那将对我的研究项目具有极大的参考价值。

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作为一个对物理学抱有极大热情的爱好者，我一直对“不可预测性”和“复杂性”这类话题特别着迷，而湍流无疑是其中的集大成者。我买《Turbulence in Fluid Flows》这本书，并非是出于专业学习的需要，更多的是源于一种纯粹的好奇心和探索欲。我希望这本书能够带领我，从一个“门外汉”的角度，去领略湍流的魅力。我希望作者能以一种讲故事的方式，或者用生动形象的比喻，来解释那些深奥的物理原理。比如，湍流的产生是如何与能量耗散相关的？那些看似随机的涡旋，是否隐藏着某种数学上的秩序？我希望能了解到一些关于混沌理论和分形几何与湍流之间的联系，因为我一直觉得，自然界中最迷人的现象往往都蕴含着某种深层的数学结构。这本书会不会介绍一些历史上关于湍流研究的有趣故事，比如那些伟大的科学家是如何一步步走向对湍流的理解的？我喜欢那种带有历史感和人文色彩的科学解读。我希望这本书能让我感受到湍流研究的艰辛与伟大，以及那些科学家们为了揭示自然奥秘所付出的努力。光是想象一下，这本书能让我对那些日常生活中习以为常却又充满奥秘的现象，有了全新的认识，就让我感到无比期待。

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坦白说，我购买《Turbulence in Fluid Flows》这本书，很大程度上是被它的“专业性”所吸引。作为一名在相关领域边缘徘徊的研究助理，我经常需要查阅各种专业文献，而“湍流”这个词，在我接触到的很多研究课题中都扮演着关键角色。从计算流体动力学（CFD）模拟的准确性，到新材料设计的效率，再到海洋环流的气候影响，湍流的存在无处不在，却又极难精确描述。我希望能在这本书中找到系统性的理论框架，了解不同模型和方法的优劣，以及它们在解决实际问题时的适用范围。我尤其关注书中对于湍流统计特性、能量级串以及湍流边界层处理的讲解。我听说，湍流的研究是现代流体力学中的一大难题，很多现象至今仍未完全揭示。我希望这本书能够涵盖这方面的内容，提供一些关于“湍流封闭问题”的最新进展，或者是一些能够帮助我们更好地理解和预测湍流行为的数值模拟技术。如果书中能有案例分析，展示如何将这些理论应用于具体的工程问题，那对我来说将是巨大的帮助。我需要能够将书本上的知识转化为实际工作中的解决方案，而不是仅仅停留在理论层面。这本书的厚度也让我感到一丝期待，通常厚重的专业书籍意味着内容上的充实和深入，希望它不会让我失望。

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我是一个业余爱好者，喜欢在闲暇时间阅读一些与工程相关的书籍，尤其是那些能够解释现实世界中各种复杂现象的书籍。《Turbulence in Fluid Flows》这本书就引起了我的极大兴趣。我一直对飞机、汽车、船只等交通工具的运动以及它们如何与空气或水相互作用感到好奇，而湍流无疑在其中扮演了重要的角色。我希望这本书能解释湍流是如何影响空气动力学和水动力学的，比如它如何影响升力、阻力，以及船只的航行效率。我特别想了解，工程师们是如何通过控制或利用湍流来优化设计，提高性能的。这本书会不会介绍一些关于湍流减阻技术或者湍流增强技术？比如，为什么一些运动服的表面会有特殊的纹理，又比如，如何在风力发电机设计中考虑湍流的影响？我希望这本书能用通俗易懂的语言，辅以丰富的插图和实例，来解释这些工程上的应用。我希望能从中获得一些关于流体力学基本原理在实际工程中的应用知识，即使我不是专业人士，也能对这些先进的技术有更深入的了解。这对我来说，是一种学习和满足好奇心的好方式。

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