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出版者:Taylor & Francis

作者:M. Necat Ozisik

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2000-04-01

价格:USD 134.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781560328384

丛书系列:

图书标签:

• Inverse Problems
• Heat Transfer
• Mathematical Physics
• Engineering Mathematics
• Numerical Analysis
• Optimization
• Parameter Estimation
• Thermal Engineering
• Boundary Value Problems
• Industrial Applications

逆向传热学：探寻隐藏的热流与温度分布 《逆向传热学》 是一部深入剖析热量传递过程中“已知结果，反溯原因”的学术著作。本书旨在为读者揭示隐藏在温度测量数据背后复杂的传热机理，以及如何通过逆向思维来推断未知参数。与传统的正向传热学（从热源和边界条件预测温度分布）不同，逆向传热学将视角转向了另一个维度，即在已知特定区域的温度响应或热流信息的情况下，如何反向求解导致这些现象的原始热源、材料特性或边界条件。 本书的价值在于其在众多工程和科学领域中的广泛应用潜力。无论是航天器再入大气层时的复杂热防护设计，还是工业生产过程中材料性能的无损检测，抑或是人体组织的生物热学行为研究，逆向传热学都扮演着至关重要的角色。它提供了一套严谨的理论框架和实用的计算方法，帮助工程师和科学家们解决那些在正向建模中难以直接处理的复杂问题。 核心内容概述： 《逆向传热学》并非一本“反向操作”或“逆序阅读”的书籍，而是指其研究方法论上的一种“逆向”思考。其核心在于利用数学模型和数值算法，将可观测到的温度或热流数据作为输入，反向推导出控制这些数据的未知因素。具体而言，本书将围绕以下几个关键方面展开： 问题的本质与挑战： 书籍的开篇会详细阐述逆向传热问题与正向问题的根本区别。正向问题通常是适定的，即存在唯一解，且对输入数据的微小扰动敏感度较低。而逆向问题，特别是“逆向热传导问题”，本质上是病态问题（ill-posed problem）。这意味着，微小的测量误差或模型的不精确性，都可能导致求解结果产生巨大的偏差，甚至出现不稳定的解。本书将深入分析病态性产生的根源，并介绍应对策略。 数学模型与离散化： 核心章节将重点介绍用于描述传热现象的偏微分方程，如傅里叶定律、能量守恒方程等。在此基础上，本书将详细讲解如何将这些偏微分方程进行离散化，转化为适用于计算机求解的代数方程组。离散化方法是逆向问题数值求解的基础，常用的技术如有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、有限体积法（FVM）等将被深入探讨，并分析它们在逆向问题求解中的优劣。 逆向问题求解方法： 这是本书的重中之重。书籍将系统介绍多种用于解决逆向传热问题的数学和数值方法。 正则化方法： 鉴于逆向问题的病态性，正则化技术是必不可少的。本书将详细介绍 Tikhonov 正则化、不适定算子理论、最大熵原理等经典正则化方法，阐述它们如何通过引入先验信息或约束条件来稳定求解过程，获得有意义的解。 迭代算法： 许多逆向问题需要通过迭代求解。本书将介绍梯度下降法、共轭梯度法、最小二乘法等优化算法，以及如何将它们与模型进行结合，逐步逼近真实解。 人工智能与机器学习方法： 随着人工智能技术的发展，机器学习方法在逆向传热问题中的应用日益广泛。本书会探讨如何利用神经网络、支持向量机、高斯过程回归等技术，从大量数据中学习传热规律，实现对未知参数的高效预测。这部分内容将侧重于如何将物理学原理与数据驱动方法相结合，构建更鲁棒的预测模型。 贝叶斯方法： 贝叶斯推断提供了一种处理不确定性的强大框架。本书将介绍如何运用贝叶斯定理，将测量数据和先验知识相结合，获得对未知参数的概率分布，从而量化求解结果的不确定性。 具体应用案例分析： 为了使理论知识更加生动和易于理解，本书将包含一系列详细的应用案例分析。这些案例将涵盖： 内部热源识别： 如在发动机、电子器件等设备中，如何通过测量表面温度来确定内部发热体的功率分布。 材料热物性参数辨识： 如何根据实验测得的温度响应，反向求解材料的导热系数、比热容等关键热物性参数，这对于材料科学和工程设计至关重要。 边界条件重构： 如在进行高超声速飞行器设计时，如何根据传感器收集到的温度数据，反向推断飞行器表面承受的极端热流。 故障诊断： 在复杂系统中，如何通过监测温度异常，诊断隐藏的故障，如绝缘层破损、冷却失效等。 生物传热研究： 如在肿瘤治疗中，如何通过精确测量组织温度，反向推断肿瘤的代谢热产生速率，以优化治疗方案。 实验与数值验证： 本书还将强调实验数据在逆向问题求解中的重要性。如何设计合理的实验来获取准确的温度测量数据，如何对数值计算结果进行实验验证，以及如何处理实验中的误差和不确定性，都将是讨论的重要组成部分。 本书特色： 《逆向传热学》以其严谨的数学推导、丰富的数值算法介绍以及贴近实际的应用案例，为读者提供了一个全面的逆向传热学知识体系。本书的目标读者是从事传热学研究、热工程设计、材料科学、无损检测、生物医学工程等领域的科研人员、工程师和研究生。通过阅读本书，读者将能够掌握分析和解决复杂逆向传热问题的能力，从而在各自的研究和工程实践中取得突破。本书旨在成为理解和应用逆向传热学思想的一本不可或缺的参考书。

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我尝试寻找这本书在侧重方向上的“不足”，但坦白说，这更像是一本涵盖了多个关键分支的综合性巨著。它的广度令人敬佩，涵盖了从基础的导热理论到高级的数值模拟和实验数据处理。对于初学者而言，这本书的门槛可能稍高，需要一定的热力学和数值分析基础才能完全领会其精髓。但是，对于已经有一定基础的研究人员来说，这本书绝对是一部能让你“查漏补缺”并“开辟新思路”的宝典。特别是关于非均匀介质中的热流反演章节，作者对多尺度建模和异构材料特性的处理，展现了极高的专业水准。他没有回避复杂性，反而直面这些难题，并提供了清晰的数学框架去驾驭它们。这本书的索引系统做得非常细致，这在需要快速定位特定公式或方法时，极大地提升了效率，充分体现了作者对读者使用体验的尊重。

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这本书的阅读体验，就像是进行一场精心策划的学术探险。作者似乎非常懂得如何保持读者的好奇心。在介绍到一些非常前沿的研究方向时，比如利用机器学习加速反问题求解的收敛速度，他并没有用那种浮夸的“未来已来”的口吻，而是用一种非常务实的态度，首先回顾了传统方法的瓶颈，然后才引入新的思路。这种循序渐进的铺陈，让读者感觉自己不是在被动接受知识，而是在和作者一起探索未知领域。文字中偶尔流露出的那种对热物理现象的深刻洞察力，让人拍案叫绝。例如，在分析材料热物性参数不确定性对反演结果影响的那一节，作者不仅仅停留在误差分析层面，还探讨了如何设计实验来最小化这些不确定性源头。这本书的排版和印刷质量也值得称赞，字体大小和行间距的搭配非常舒适，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳，这对于一本动辄数百页的专业著作来说，是非常重要的细节考量。

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这本书的封面设计简直太引人注目了，那种冷峻的深蓝背景上浮现出复杂的流线型热力学图谱，让人一眼就能感觉到它的专业性和深度。我抱着极大的期待翻开第一页，立刻就被作者那严谨的学术态度所折服。全书的结构编排得极其精巧，从基础的傅里叶定律开始，逐步深入到复杂的瞬态导热模型，每一个章节都像是为研究人员量身定制的路线图。特别是关于边界条件处理的那部分，作者没有采用那种教科书式的枯燥讲解，而是通过大量的实际工程案例进行剖析，比如火箭发动机喷管的热防护，或者精密电子元件的散热设计。你能在阅读过程中真切地体会到，这些看似抽象的数学公式是如何在工程实践中发挥决定性作用的。作者的文字功底也非同一般，他总能在最关键的理论节点上，用寥寥数语点明核心思想，避免了冗长拖沓的数学推导，使得即使是面对高维度的偏微分方程，读者也能保持清晰的思路，这对于时间宝贵的工程师和研究生来说，无疑是巨大的福音。这本书不仅仅是一本参考手册，更像是一位经验丰富的前辈，在你攻克难题时，默默地在你身边提供指引。

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说实话，我一开始有些担心这本书的内容会过于偏向理论，读起来会像啃硬骨头一样费劲。然而，这本书的叙事方式完全颠覆了我的固有印象。它巧妙地将理论的严谨性与实际操作的灵活性完美地结合在一起。我尤其欣赏作者在讨论反问题求解时的那种细腻和审慎。他没有简单地给出一个“万能公式”，而是深入剖析了不同数值方法（比如Tikhonov正则化、迭代法）在面对噪声数据和不适定性问题时的优缺点和适用场景。书中的插图和图表制作得极为清晰专业，特别是那些三维热流密度重建的可视化结果，极具说服力。当我尝试用书中的方法去处理一个实际的传感器布局优化问题时，发现先前遇到的那些关于数据稀疏性的困扰，竟然在作者的引导下迎刃而解。这本书的价值在于它教会的不是“怎么做”，而是“为什么这样做的效果更好”，这种深层次的理解，远比单纯的套用公式来得珍贵。它真正做到了将深奥的物理概念，通过数学工具，有效地转化为可执行的工程解决方案。

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这本书的论述风格非常沉稳和内敛，没有丝毫哗众取宠的成分，完全依靠其内容的厚度和深度来说话。我特别喜欢作者在总结每章时所采用的提炼方式，总能将本章的知识体系用几条精炼的概括性陈述完美收尾，有助于读者在大脑中建立清晰的知识脉络。它更像是一部技术规范的艺术品，每一个公式的推导都力求完美无瑕，逻辑链条紧密得几乎没有可供质疑的空间。当我将书中的一些先进反演算法应用到我自己的课题中时，发现它提供的解决方案不仅是“可行”的，而且是“高效”且“稳健”的。这本书所传达的不仅仅是知识，更是一种对待科学研究的严谨态度——那就是对物理本质的尊重，对数学工具的精确运用，以及对工程实际需求的深刻理解。毫无疑问，这是一部值得在书架上占据重要位置，并时常翻阅的权威著作。

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