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出版者:Springer

作者:Clement Kleinstreuer

出品人:

页数:620

译者:

出版时间:2010-01-01

价格:USD 129.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781402086694

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 现代流体力学
• 流体动力学
• 计算流体力学
• 传热学
• 工程流体力学
• 流体物理
• 湍流
• 边界层
• 数值分析

好的，这是一本名为《高阶湍流理论与应用》的图书的详细简介： --- 高阶湍流理论与应用 (Advanced Turbulence Theory and Applications) 作者： [此处填写作者姓名，例如：张宏伟、李明] 出版社： [此处填写出版社名称，例如：科学出版社] ISBN： [此处填写ISBN号] 页数： 约 750 页 定价： [此处填写定价] --- 导言：跨越经典边界的湍流研究 湍流——流体力学中最复杂、最迷人也最具挑战性的现象之一——贯穿于自然界和工程应用的方方面面，从天气系统的宏观尺度到微流控芯片内的精细流动，无处不在。尽管经典流体力学（如Navier-Stokes方程）在层流条件下表现出色，但一旦系统进入高雷诺数、非线性主导的湍流状态，其精确预测和有效控制便成为理论物理与应用工程领域长期的瓶颈。 《高阶湍流理论与应用》正是为了应对这一挑战而编写的权威性专著。本书并非对现有基础湍流理论的简单复述，而是聚焦于超越传统平均化方法（如雷诺平均 Navier-Stokes, RANS）的、更深层次、更具预测能力的分析框架和数值技术。本书旨在为研究生、科研人员以及高级工程实践者提供一个理解和掌握现代湍流建模、高精度模拟以及复杂流动控制的全面平台。 本书的特点在于其深度和广度兼具，它不仅深入探讨了湍流统计理论的最新进展，还详细阐述了如何将这些理论转化为可操作的计算工具，并应用于解决当前工程中的关键难题。 --- 第一部分：湍流理论的深化与拓展 (Deepening and Expanding Turbulence Theory) 本部分致力于构建坚实的理论基础，超越传统的线性或半经验模型，探索湍流结构的内在机制和统计特性。 第1章：Navier-Stokes方程的局限性与湍流的本质重构 本章首先回顾了Navier-Stokes方程在湍流描述中的挑战，重点讨论了湍流的随机性、多尺度特性以及能量级串（Energy Cascade）的精确数学描述。深入分析了湍流闭合问题的根源，并介绍了基于信息论和复杂系统理论对湍流结构进行量化描述的初步尝试。 第2章：涡度动力学与卷曲度理论 (Vorticity Dynamics and Helicity Theory) 重点探讨了涡度（Vorticity）在湍流输运中的核心作用。详细阐述了三维、二维流场中的涡度方程演化，特别是关于卷曲度（Helicity）在湍流中的守恒性、输运路径及其与非线性相互作用的关系。分析了高阶矩（如偏度和峰度）在刻画非高斯湍流场中的关键作用。 第3章：概率密度函数 (PDF) 方法的严谨推导与应用 PDF方法被公认为最具潜力的理论工具之一。本章系统推导了瞬时速度场和标量场输运的欧拉-拉格朗日PDF方程，并详细讨论了对流项、扩散项以及非线性闭合项（尤其是压力梯度项）的精确处理。引入了蒙特卡洛（Monte Carlo）方法对PDF方程的求解策略，并对比了其与滤波方法的优劣。 第4章：湍流的尺度分离与多尺度耦合 (Scale Separation and Multi-Scale Coupling) 本章聚焦于湍流中的多尺度特性。从Kolmogorov的精细尺度理论出发，深入探讨了结构函数理论的修正模型，特别是在高阶结构函数中的非惯性区（Intermittency）效应。引入了多尺度熵和信息谱的概念，用于量化不同尺度间的能量和信息交换率。 --- 第二部分：高精度数值模拟与计算方法 (High-Fidelity Numerical Simulation and Computational Methods) 本部分将理论与计算实践紧密结合，重点介绍用于解析复杂湍流问题的先进数值技术。 第5章：直接数值模拟 (DNS) 的最新进展与挑战 本书详细介绍了DNS在捕捉湍流特征方面的优势，并聚焦于近十年来在算法效率上的突破。包括基于谱方法的、高阶有限体积法的以及适应性网格加密技术（AMR）在DNS中的实现。重点讨论了高雷诺数DNS的可行性边界以及应对超大规模计算资源的需求。 第6章：大涡模拟 (LES) 的高级闭合模型与滤波技术 LES作为工程应用的主流工具，本章深入探讨了亚格子尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的演进。详细分析了动态模型（Dynamic Procedures）的理论基础、参数选择及其局限性。引入了基于可分离滤波（Filter Separation）和非局部SGS模型，用以更准确地捕捉壁面附近和分离流动的粘性区效应。 第7章：混合RANS/LES（Hybrid Methods）的理论框架 探讨了将RANS的稳健性与LES的精度相结合的混合策略。详细区分并分析了区域分解法（Detached Eddy Simulation, DES）和毛细网格模拟（Wale Filtering）等方法的内在机制和网格耦合难点。重点阐述了缓冲区域的无缝衔接技术，以避免数值人工产生的分离。 第8章：高阶有限元方法 (High-Order Finite Element Methods) 在非结构网格上的湍流求解 本章介绍了使用高阶空间离散（如 $p$-FEM 或 $hp$-FEM）求解Navier-Stokes方程的优势，特别是在处理复杂几何边界和各向异性湍流场时。讨论了如何保证高阶方法在处理非线性对流项时的稳定性和精度。 --- 第三部分：特定复杂流动的先进分析与控制 (Advanced Analysis and Control of Specific Complex Flows) 本部分将理论和工具应用于解决当代工程和物理学中的前沿问题。 第9章：壁面湍流的近壁区建模与精细化 近壁区是湍流的能量源泉。本章深入分析了近壁区速度剖面的统计偏差，并介绍了混合层模型（Layer-Averaged Models）的最新发展。重点讨论了基于壁面信息（Wall-Modeled）LES中，如何利用边界层分离点和再附着区域的局部特性来改进SGS模型。 第10章：可压缩湍流与激波/湍流相互作用 (Compressible Turbulence and Shock/Turbulence Interaction) 针对超音速和高超音速流动，本章研究了密度脉动和激波对湍流结构的影响。分析了激波界面附近湍流的各向异性增强现象，并介绍了基于守恒律修正的湍流模型，用于模拟湍流边界层与强度不稳定的激波的反馈机制。 第11章：非牛顿流体中的湍流输运 扩展了湍流理论至粘弹性流体（如聚合物溶液）和剪切稀化流体。重点分析了拉伸率（Stretching Rate）对弹性应力的贡献，以及弹性对湍流谱和混合效率的影响。引入了基于流变学本构方程的湍流建模方法。 第12章：湍流主动控制与优化设计 (Active Control and Optimization Design) 本章关注如何利用对湍流的深入理解来实现有效的流动控制。详细讨论了基于反馈和前馈机制的喷流控制、等离子体激励器在抑制分离和减阻中的应用。介绍了基于可观测性和降阶模型（Reduced Order Models, ROMs）的实时控制算法设计。 --- 总结与展望 《高阶湍流理论与应用》不仅是对湍流科学现状的全面梳理，更是一份面向未来的行动指南。本书的读者将获得从微观机理到宏观工程应用的全景视角，为解决下一代流体力学挑战奠定坚实的理论和计算基础。本书的结构设计旨在引导读者逐步掌握从基础到前沿的知识体系，确保其研究和工程实践能够站在当今科学的最前沿。

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我是一名对科学史和理论物理发展脉络感兴趣的业余研究者，近期我深入阅读了《现代流体动力学》。这本书给我最深刻的感受是，它不仅仅是一本技术性的教材，更是一部流体动力学思想史的缩影。书中对历史上那些伟大的物理学家，如欧拉、克希荷夫、雷诺等人的贡献的描绘，让我得以窥见科学探索的艰辛与辉煌。我特别欣赏作者在介绍关键方程和理论时，总是会追溯其出现的历史背景和解决的问题，这使得理解过程更加连贯和富有逻辑。例如，在介绍湍流的经典理论时，书中不仅仅罗列了公式，而是详细阐述了早期科学家们是如何通过实验和直觉来尝试理解这种混乱现象的，这种回顾让我更能体会到理论突破的来之不易。此外，书中关于实验方法论的探讨，比如各种测量技术和可视化手段的发展，也让我看到了科学研究方法本身的演进。我对于书中提及的“模型与现实”之间的关系，即如何从简化模型中提取有用的信息，同时又不失对复杂现实的把握，这一点让我深思。总而言之，这本书为我提供了一个宏观的视角，让我能够站在巨人的肩膀上，审视流体力学这门学科的过去、现在和未来。

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对于我这样一个对基础物理和数学抱有浓厚兴趣但并非专业背景的读者来说，《现代流体动力学》这本书无疑是一次极具挑战但又充满回报的阅读体验。起初，我被它所涉及的主题所吸引——从微观粒子的运动到宏观的天体运动，流体似乎无处不在，掌握它的规律，就如同掌握了世界运行的秘密之一。书中对于基本概念的解释，例如伯努利原理和纳维-斯托克斯方程，虽然一开始有些晦涩，但通过作者精心设计的类比和图示，逐渐变得清晰起来。我尤其喜欢书中对于某些现象的“故事化”叙述，例如风洞实验如何帮助工程师理解空气动力学，或者海洋洋流如何影响全球气候，这些都赋予了冰冷的科学公式以生命。书中的某些部分，比如关于表面张力和毛细现象的讨论，以及它们在生物学和材料科学中的应用，都让我大开眼界，原来我们身边许多看似寻常的现象，背后都蕴含着如此深刻的流体动力学原理。虽然我还需要反复阅读和思考才能完全消化其中的知识，但这本书无疑为我打开了一扇探索自然奥秘的大门，让我对这个世界有了更深层次的理解和敬畏。

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这本《现代流体动力学》的封面设计就足够吸引人，那种深邃的蓝色调，仿佛将人带入了浩瀚的海洋或是深邃的宇宙，流体在其中自由舒展，充满了动感和神秘。翻开书页，我首先被其中精美的插图和图表所折服，它们不仅仅是辅助理解的工具，更像是一件件艺术品，将抽象的流体行为可视化，比如那个关于纳维-斯托克斯方程解的湍流模拟图，复杂的涡旋结构在屏幕上生动地展现，让人惊叹于大自然的鬼斧神工，也为研究者们如何捕捉和解析这些复杂现象提供了直观的认识。我尤其欣赏书中对历史发展的梳理，从牛顿的流体粘性概念到现代的计算流体动力学（CFD）的蓬勃发展，每一个重要的里程碑都被清晰地勾勒出来，这让我能够更好地理解当前的研究前沿是如何一步步建立起来的。书中的一些案例分析也相当引人入胜，比如通过流体动力学原理解释飞机翼型的升力产生机制，或是船舶在水中航行的阻力分析，这些都将理论知识与实际应用紧密结合，让我感觉不再是枯燥的公式推导，而是正在探索真实的物理世界。虽然我还没有深入研读其中的数学推导，但仅仅是浏览，就足以感受到这本书在内容上的广度和深度，以及它在呈现复杂科学概念时的匠心独运。

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我是一位对流体力学概念有着基础了解的工程师，最近在工作中需要接触一些更前沿的流体模拟技术，于是找到了这本《现代流体动力学》。这本书给我的第一印象是，它的结构非常严谨，条理清晰。作者似乎非常有经验，能够将一些非常抽象和复杂的概念，通过循序渐进的方式呈现出来。我尤其关注其中关于数值方法的章节，虽然我还没有完全掌握其背后的数学理论，但书中对各种数值算法的原理、适用范围以及优缺点的阐述，让我对如何选择合适的模拟工具有了更明确的方向。例如，书中对有限体积法和有限差分法的对比分析，以及它们在处理不同类型流体问题时的表现，都非常实用。此外，关于湍流模型的部分，也提供了我需要的洞察，让我了解了RANS、LES和DNS等不同模型的物理基础和计算成本。虽然我目前的工作主要集中在特定应用领域，但本书的广泛覆盖面，让我得以一窥整个现代流体力学研究的图景，这对于拓宽我的视野，思考更深层次的问题非常有帮助。我期待着能够花更多时间，深入钻研书中关于多相流、可压缩流等更高级的主题，相信它们能为我解决实际工程难题提供宝贵的参考。

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最近我购买并开始阅读《现代流体动力学》，这本书的整体排版和设计给我留下了深刻的印象。页面干净整洁，字体大小适中，阅读起来非常舒适。我尤其注意到书中在讲解复杂概念时，会使用大量的示意图和流程图，这些视觉化的辅助工具对于我这样偏重理解而非死记硬背的学习者来说，实在是太有帮助了。例如，在介绍边界层理论时，书中给出的速度分布示意图，以及不同雷诺数下边界层分离的图示，都非常直观地展现了理论的精髓。此外，作者在语言风格上，也力求做到既严谨又不失可读性。虽然某些数学推导部分对我来说仍然具有一定的挑战性，但作者总会在关键地方给出清晰的解释，或者引用相关的文献，为我进一步深入学习指明了方向。我非常喜欢书中对一些实际工程问题的案例分析，例如如何利用流体动力学原理优化风力涡轮机的叶片设计，或者如何模拟河流中的泥沙输移。这些贴近实际应用的例子，不仅让我对理论知识有了更深刻的认识，也激发了我对流体力学在解决现实问题中的潜力的思考。这本书是一份宝贵的资源，我期待着能从中学习到更多。

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