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出版者:FEB Press

作者:E. Benjamin Wylie

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1983-06

价格:USD 25.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780961014407

丛书系列:

图书标签:

• 瞬变流
• Major
• 流体瞬态
• 水锤
• 管道水力
• 瞬态流动
• 流体动力学
• 数值模拟
• 工程应用
• 水利工程
• 管道设计
• 流体机械

深入探索：新一代工程流体动力学与热力学前沿研究 本书聚焦于现代工程领域中复杂流体系统行为的精确建模、数值模拟与实验验证，旨在为研究人员和高级工程师提供一套全面的、前沿的理论框架与实用工具。 本书内容横跨多相流、非牛顿流、微尺度流动以及高温高压环境下的流体动力学特性，致力于解决当前工程实践中遇到的关键挑战。 第一部分：先进流体力学理论基础与数值方法革新 本部分首先对经典连续介质力学进行了必要的系统回顾，但重点迅速转向对现代流体力学挑战的应对。 第一章：湍流模型的高级迭代与介观效应 本章深入探讨了超越标准 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型的新一代雷诺平均纳维 טור 斯 (RANS) 方法，特别是混合模型和各向异性湍流模型的最新进展。我们将详细解析如何将分子运动论的影响（如湍流的介观效应）整合到宏观流动模拟中。讨论涵盖了湍流与壁面边界层分离的精细交互作用，以及在复杂几何体（如涡轮叶片内部通道）中预测压力梯度驱动的流分离的先进算法。 第二章：格子玻尔兹曼方法（LBM）在非均匀流场中的应用扩展 格子玻尔兹曼方法（LBM）因其内在的并行化优势和对复杂边界条件的灵活处理能力，正成为模拟复杂流动的主流工具之一。本章的重点在于 LBM 在处理高马赫数可压缩流体时的稳定性增强技术，以及如何有效地将其扩展到模拟多孔介质中的非达西流动。特别地，我们将构建和分析用于模拟流体-结构相互作用（FSI）的耦合 LBM 框架，精确捕捉流体载荷对柔性结构的影响。 第三章：高精度有限体积法（FVM）与动网格技术 对于需要极高精度空间离散的瞬态问题，本章详细阐述了高阶有限体积方法（如 WENO 和 FDM 的结合）在求解欧拉方程和 Navier-Stokes 方程时的实现细节。重点攻克了动网格技术（Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE）在处理剧烈界面移动（如爆炸冲击波或快速阀门开启/关闭）时的网格畸变控制与重构策略。书中将提供一套可复现的算法，用于在保持高精度的同时，有效管理网格质量下降问题。 第二部分：多相流与界面动力学的高级分析 本部分专注于涉及两种或多种物质形态相互作用的复杂系统，这是许多能源、化工和环境工程领域的基石。 第四章：界面捕获技术（VOF/PLIC）的误差最小化 界面精确追踪是多相流模拟的关键难点。本章全面比较了体积平均法（VOF）与精确界面定位法（PLIC）的优劣。我们提出了一种结合了水平集方法（Level Set Method）的混合界面追踪方案，旨在解决纯 VOF 方法在界面锐化和 PLIC 方法在拓扑变化处理上的固有缺陷。应用案例集中于液滴破碎、射流不稳定性以及气泡上升过程中的表面张力梯度影响（Marangoni效应）。 第五章：气固流化床与颗粒动力学（DEM-CFD 耦合） 针对工业流化床、气力输送和粉末处理过程，本章详述了计算流体动力学（CFD）与离散单元法（DEM）的深度耦合策略。重点在于如何准确计算颗粒间的非弹性碰撞模型、静电力影响，以及如何处理高固体含率下模型求解效率与物理保真度的权衡。我们引入了针对非球形和粘性颗粒的扩展 DEM 模型，并展示了其在模拟化工反应器中的应用。 第六章：界面输运现象与相变传热的精细化模拟 本章探讨了相界面处的动量、质量和能量的非平衡输运过程。内容包括沸腾和冷凝过程中的微观气液交换速率的修正模型，以及超临界流体在快速膨胀过程中的热力学响应。引入了用于处理高密度比两相流中界面剪切波的特殊边界条件处理方法，这对于设计高效的换热器和推进系统至关重要。 第三部分：极端环境与新兴领域的流体热力学 本部分将视角投向了高风险、高要求的工程环境，以及流体力学在微纳尺度上的最新突破。 第七章：高温高压流体物性的状态方程与输运系数计算 在核能、深海勘探和火箭推进等领域，流体常处于高压（数千兆帕）和高温（数千开尔文）状态。本章详细介绍了超越理想气体假设的精确状态方程（如 SAFT 模型、Peng-Robinson 模型的高压修正版）的应用。更重要的是，本章阐述了如何利用分子动力学（MD）模拟数据，结合修正的韩-陈-布雷（HSCB）关系，精确预测这些极端条件下的粘度、热导率和扩散系数。 第八章：微纳尺度流体动力学与稀薄气体效应 本章关注流量在微米至纳米尺度时的特殊行为，如表面吸附、气体稀薄效应（Knudsen数影响）。我们将分析适用于低雷诺数环境下的 Navier-Stokes 方程的修正形式，如考虑速度滑移边界条件的库特模型（Kutateladze model）。应用案例包括微通道内的混合与分离技术，以及 MEMS/NEMS 器件中的驱动机制分析。 第九章：电磁流体力学（MHD）在受控环境中的应用 本章探讨了磁场与导电流体（等离子体或液态金属）的相互作用。内容涵盖了磁流体力学（MHD）方程组的简化方法，重点分析了在强磁场作用下，流体的霍尔效应和电阻率变化对流动结构（如磁通量限制）的影响。实际应用案例聚焦于磁约束聚变反应堆中的液态金属包层设计和电磁泵的设计优化。 总结与展望 本书的最终目标是弥合理论物理、先进计算方法与实际工程应用之间的鸿沟。通过对上述前沿课题的深入剖析和提供可操作的数值框架，读者将能够构建出更具鲁棒性、更贴近物理现实的流体系统模型，从而推动下一代能源、航空航天及生物工程领域的技术进步。书中包含大量的程序伪代码和关键参数讨论，强调了从理论推导到实际计算结果验证的完整流程。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调搭配着跳跃的橙色线条，光是看着就让人联想到高速流动的液体在复杂管道中穿梭的景象。我原本以为这会是一本枯燥的技术手册，但翻开扉页后，我立刻被作者那种将枯燥物理现象描绘得如同史诗般壮阔的叙事风格所吸引。它并没有直接跳入复杂的数学公式，而是花了大量的篇幅来构建一个宏大的背景——关于流体动力学在现代工业中的核心地位，那种在压力波瞬间冲击下，整个系统面临的潜在灾难与机遇并存的张力，被刻画得淋漓尽致。特别是关于“水锤效应”的章节，作者没有使用那种冰冷的学术语言，而是通过一系列近乎电影镜头的描述，展现了管道内压力波的形态、速度以及它们如何像无形的幽灵一样摧毁结构。书中引用的历史案例也非常引人入胜，讲述了早期的水利工程师是如何在没有现代计算工具的情况下，凭借直觉和经验来应对这些瞬态问题的，那种人类智慧与自然伟力抗衡的张力，让人读来热血沸腾。这本书的排版也十分考究，图表的清晰度和专业性毋庸置疑，但更难能可贵的是，它成功地在严谨的科学性和引人入胜的故事性之间架起了一座坚固的桥梁，使得即便是对流体力学了解不深的读者，也能被那种潜藏在平静水流之下的巨大能量所震撼。

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坦率地说，这本书的专业深度让我感到既敬畏又有些许压力。它对于瞬态流体特性的处理，展现了一种近乎艺术的复杂性。作者对时间尺度上的多物理场耦合效应的分析，尤其是在热力学与流体力学相互作用的边界上，简直是教科书级别的展示。例如，在描述高温高压下管道壁面与流体的瞬间热交换如何影响局部压力波的衰减速率时，作者构建了一个优雅的多层级模型，每深入一层，对系统的理解就更清晰一分，同时也揭示了更多未知的复杂性。这本书的真正威力在于其系统性——它不是零散知识点的堆砌，而是一部逻辑严密的思想体系。它引导读者从最基本的守恒定律出发，一步步构建起处理极端工况的完整框架。阅读过程中，我多次需要查阅微积分和偏微分方程的知识点，以确保跟上作者的数学推导。这本书对于培养对流体现象的“直觉”非常有帮助，它让你在面对一个突发的水击问题时，首先想到的不是套用公式，而是能够迅速在脑海中模拟出压力波的路径和能量的转移过程，这是一种更高层次的专业素养的体现。

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我拿到这本书时，本意是想找一本能快速解决手头项目中遇到的管网压力脉冲问题的实用手册，结果发现我低估了它的格局。这本书与其说是一本工具书，不如说是一部流体动力学哲学的宣言。作者在全书的脉络中，始终贯穿着一个核心观点：瞬态行为并非是系统的不正常状态，而是宇宙的基本属性之一。例如，在探讨阀门关闭时，书中用了极大的篇幅来讨论信息的传播速度——声速在不同介质中的变化如何决定了压力波的传播特性，这种对基础物理常数及其在极端工况下行为的深挖，令人叹服。书中关于“空化现象”的描述尤为精妙，作者不仅仅是展示了空泡的形成与溃灭，而是将这一过程与能量的耗散、材料的疲劳损伤联系起来，形成了一个完整的物理闭环。阅读过程中，我常常需要停下来，拿出纸笔，重新绘制那些复杂的系统图，以确保我对作者所描述的能量转换路径完全掌握。这本书的价值在于，它教你如何“思考”瞬态，而不是简单地“计算”瞬态。它要求你理解每一滴流体在特定时刻的“意图”。

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这本书的行文风格是一种非常典型的、具有深厚学术底蕴的欧式理性主义表达，处处体现着对理论基础的绝对尊重。它很少使用俚语或过于轻松的表述，语言精确到每一个词语都承载着明确的物理意义。特别是关于如何通过实验手段来验证复杂的数值模型那几章，作者详细阐述了如何设计精确的瞬态传感器布局，以及如何处理高速采样数据中固有的噪声问题。这些内容对于实践工程师来说，提供了宝贵的“落地”经验，避免了理论脱离实际的空谈。我特别留意到，作者在讨论模型局限性时，措辞极其审慎，他从不声称自己的模型是万能的，而是清晰地标明了适用范围和潜在的误差来源，这体现了一种高度的科学诚信。这种务实而又不失理论深度的结合，使得这本书的含金量极高，它更像是一份给未来研究者的邀请函，邀请我们一同去探索那些尚未被完全解析的流体力学谜团。这本书的参考资料部分也异常详尽，几乎涵盖了过去半个世纪所有关键性的奠基性文献，是构建个人专业知识体系的绝佳起点。

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这本书的阅读体验，坦白说，是一种深度的智力挑战，但绝非徒劳。它对瞬态流动的分析深度，远远超出了我以往接触的任何一本教材或参考书。作者似乎对每一个变量、每一个边界条件都抱有一种近乎偏执的探究精神。我尤其欣赏其中关于“非线性瞬态分析”的章节，作者没有止步于线性化的近似解，而是深入探讨了当流速达到一定阈值后，系统如何展现出完全不可预测的混沌行为。书中提供的数值模拟方法的讨论，简直是一本高级指南，它详细阐述了有限元法（FEM）和有限体积法（FVM）在处理瞬态边界层分离时的细微差别和各自的局限性，并给出了大量的代码片段作为佐证。这些代码不仅仅是示例，更像是一把把钥匙，帮助读者亲手去复现那些复杂的物理现象。对于那些致力于研究高精度预测模型的工程师和研究人员来说，这本书简直是宝库。它的严谨性要求读者必须全神贯注，任何一个微小的公式推导跳跃都可能导致理解上的断裂，但一旦跟上了作者的思路，那种茅塞顿开的成就感是无与伦比的。它强迫你重新审视那些你以为已经理解的概念，让你明白，在流体力学的世界里，所谓的“稳定”往往只是暂时的假象。

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