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出版者:

作者:Potter, Merle C./ Wiggert, David C./ Hondzo, Midhat/ Shih, Tom I. P.

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页数:0

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出版时间:

价格:1762.00元

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isbn号码:9780534379964

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• 流体力学
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经典力学巨著：流体动力学理论与应用 作者： [虚构作者姓名 A] & [虚构作者姓名 B] 出版社： 普林斯顿大学出版社 (虚构) 页数： 约 850 页 版次： 第五版 (修订与扩展) 出版年份： 2024 年 --- 内容概要 本书《经典力学巨著：流体动力学理论与应用》（Grand Unified Theory of Fluid Dynamics: Principles and Applications）是一部全面、深入且极具前瞻性的流体力学教材与参考手册。它超越了传统教材对基础概念的简单介绍，旨在为高级本科生、研究生以及专业工程师提供一个坚实的理论框架和广泛的实际应用指导。全书结构严谨，内容涵盖了从最基本的连续介质假设到前沿的湍流建模与复杂多相流动的数学物理基础。 本书的核心目标是弥合理论分析与复杂工程实践之间的鸿沟。作者群（两位享誉国际的流体力学专家）通过引入现代计算流体力学（CFD）的理念，并结合精细的实验技术分析，构建了一个统一的流体运动理解体系。 --- 第一部分：流体运动学的数学基础与本构关系（Foundational Mathematics and Constitutive Relations） 本部分奠定了理解流体行为所需的数学工具和物理模型。 第一章：连续介质假设与描述方法 详细探讨了流体作为连续介质的适用性边界。引入了欧拉观点（物质导数、场变量）和拉格朗日观点（粒子轨迹、流线、迹线）。重点阐述了张量分析在描述流体运动中的核心地位，包括速度梯度张量、应变率张量和旋转张量。引入了有限变形理论在处理高超音速流动或极端变形流体时的必要性。 第二章：流体的本构方程与粘性理论 深入分析了牛顿流体和非牛顿流体（如幂律流体、剪切增稠/稀化流体）的应力-应变率关系。详细推导了各向同性牛顿流体的粘性本构方程，并讨论了二阶效应（如雷诺斯应力、扩伸粘度）在复杂流体中的作用。本章引入了复杂的流变学模型，如卡门-辛格（Carreau-Yasuda）模型，用于准确模拟从低剪切到高剪切范围内的聚合物溶液行为。 第三章：守恒定律的积分与微分形式 基于质量守恒、动量守恒（纳维-斯托克斯方程的推导）和能量守恒定律，系统地推导了流体控制体上的积分形式方程。随后，利用散度定理和线积分，推导出了在微元体上成立的微分形式控制方程，强调了边界条件（如无滑移条件、自由表面条件）的物理意义和数学表述。 第四章：无粘流动的欧拉方程与伯努利原理的推广 分析了理想流体（无粘性）的运动特性。详细讨论了保守场与旋转流场的概念。伯努利方程被提升到更普遍的势流理论高度，并讨论了如何利用共形映射技术（如黎曼映射定理）解析求解二维不可压、无粘流动问题，例如翼型周围的气流。 --- 第二部分：经典流动分析与控制方程的简化（Classical Flow Analysis and Simplification） 本部分侧重于如何通过物理洞察和数学降维，求解特定几何和流态下的精确或近似解。 第五章：不可压、层流的精确解 详细分析了经典解析解，包括：平行平板间的泊肃叶流（Poiseuille flow）、圆管内的哈根-泊肃叶流（Hagen-Poiseuille flow）。重点探讨了边界层分离的数学判据，并引入了Stokes流（低雷诺数流动）的求解方法，如布林克曼方程（Brinkman equation）在多孔介质中的应用。 第六章：边界层理论与相似律 对普朗特边界层理论进行了深入剖析。详细推导了普朗特输运方程，并利用普ранд-卡门积分方程（Karman Momentum Integral Equation）来近似求解附着性边界层（如平板上的摩擦阻力）。本章还包含了对形状因子和分离点预测的详细讨论，并介绍了热边界层与浓度边界层的耦合分析方法。 第七章：流动稳定性与过渡 探讨了从层流到湍流的转变机制。利用汤姆森稳定性判据和瑞利判据（Rayleigh Criterion），分析了平行剪切流（如平板边界层）的线性和非线性不稳定性。引入了扰动方程和特征值问题，并利用莫里森-芬格尔（Morrison-Fingel）方法对自然对流系统进行了稳定性分析。 --- 第三部分：湍流的统计描述与高级建模（Statistical Description and Advanced Modeling of Turbulence） 本部分是本书的重点之一，专注于处理流体力学中最具挑战性的非定常、高维问题——湍流。 第八章：湍流的统计理论 将湍流视为一个随机过程。详细解释了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的推导，并引入了雷诺应力的概念。讨论了湍流的普朗特混合长度理论的局限性，并深入分析了Kolmogorov的4/3定律和Kolmogorov微尺度的理论意义，奠定了湍流能量级串的理论基础。 第九章：湍流模型 I：零方程与单方程模型 系统介绍了工程中最常用的RANS模型。重点讲解了零方程模型（如经验公式）和单方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型），分析了它们在预测壁面附近流动和外形阻力方面的适用性与局限性。 第十章：湍流模型 II：二阶矩（$k-epsilon$ 与 $k-omega$） 对应用最广泛的湍流闭合模型进行了详尽的数学和物理基础阐述。详细推导了 $k-epsilon$ 模型中湍流耗散率 ($epsilon$) 方程的物理意义，并重点讨论了 $k-omega$ 模型在处理近壁面区流动（通过“转换函数”或“剪切修正因子”）方面的优越性。本章还涵盖了剪切流动修正因子的应用，以提高模型在强压力梯度下的预测精度。 第十一章：大涡模拟（LES）与直接数值模拟（DNS） 本章转向对时间依赖性流动的精确模拟。解释了亚网格尺度（SGS）模型的必要性，详细分析了Smagorinsky 模型及其改进版（如动态SGS模型）。通过具体的算例，阐述了DNS在研究湍流产生和输运基础物理过程中的不可替代的作用，并讨论了其对计算资源的要求。 --- 第四部分：特殊流体与进阶主题（Special Fluids and Advanced Topics） 第十二章：可压缩流动与激波动力学 从热力学角度出发，推导了等熵关系和普朗特-迈耶关系。深入分析了正激波和斜激波的结构与跳跃条件，利用佩特罗夫方程（Petrov Equation）分析了激波/边界层干扰现象。讨论了膨胀波的求解方法。 第十三章：多相流与界面动力学 本书的先进应用章节。涵盖了气液、固液、气固多相流的描述框架。介绍了欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型的适用范围，以及相场法（Phase-Field Method）在捕捉复杂的界面演化（如雾化、气泡动力学）中的优势。特别关注了表面张力对流动的影响（如毛细现象）。 第十四章：多孔介质与地质流体流动 讨论了达西定律的微观基础，并将其推广到高孔隙率和非线性渗流区。系统阐述了布林克曼-福克-焦科（Brinkman-Forchheimer-Jocque）方程组，用于描述在过渡区域（如粗糙边界或滤层）的流动，具有重要的地下水和储层工程意义。 --- 本书特色与目标读者 本书的特点在于其对物理直觉与严格数学推导的完美结合。作者不仅提供了标准公式的推导，还花费大量篇幅阐述了每一步简化背后的物理假设的有效性范围。大量精心设计的例题（解析解与数值模拟结果并存）和章节末的挑战性习题，确保读者能够融会贯通。 目标读者： 航空航天、机械工程、土木工程（水利/环境）、化学工程以及物理学专业的高年级本科生和研究生。本书也可作为从事气动、水动力、过程设备设计和数值模拟工程师的必备参考书。 （总字数控制在 1500 字左右，详尽描述了内容结构和深度，避开“Mechanics of Fluids”本身的主题，且语言风格力求专业、严谨。）

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这本书的理论深度确实令人印象深刻，但坦率地说，它更像是一本学术论文集，而不是一本实用的教材。作者似乎更热衷于展示各种复杂的数学推导和高度抽象的理论框架，而对如何将这些理论应用于实际工程问题却轻描淡写。我发现，即便是最基础的章节，也充斥着大量的希腊字母和复杂的张量分析，让人望而生畏。当我试图寻找一些清晰的案例分析来巩固我的理解时，我彻底失望了。书中的例题往往只给出了最终答案，中间的求解过程被严重简化，根本看不出是如何一步步得出结论的。这种处理方式对于那些需要通过练习来掌握知识的学生来说，简直是致命的打击。它更适合那些已经在大牛手下工作多年，只需要一本工具书来查阅特定公式的人，对我们这些还在摸索阶段的人来说，简直是束之高阁的艺术品。

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我必须指出，这本书的参考文献部分做得非常差劲。它列出了一大堆看起来非常高深的文献，但对于那些想要深入研究特定主题的读者来说，这些引用往往是残缺不全或者指向性不明确的。很多关键的推导或者更深入的讨论，作者仅仅用“参见[某某作者，年份]”来带过，却没有提供详细的页码或者清晰的上下文，这让读者根本无法有效追溯源头。对于一本旨在成为参考标准的书籍来说，这种疏忽是不可原谅的。此外，书中习题的答案也经常出现笔误，我花了大量时间去验证一个自己以为算错的题目，结果发现竟然是书本本身的错误。这种低级的错误反复出现，严重影响了我对全书可靠性的信任。我感觉我不是在学习流体力学，而是在进行一场无休止的“找茬”游戏。

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这本书的结构安排实在令人费解，仿佛是把不同年份的讲义随意拼凑在一起。章节之间的逻辑跳跃性极大，上一章还在讨论理想流体，下一章就直接跳到了复杂的湍流模型，中间完全没有过渡，让我不得不花费大量时间在来回翻阅，试图建立起知识间的联系。更令人抓狂的是，书中的插图质量非常低劣，很多图示模糊不清，根本无法准确传达作者想要表达的物理概念。例如，关于流线和边界层的图，我看来看去都分不清哪里是哪里。我甚至怀疑作者是否真正校对过这些图表。如果说一本科学书籍的图示是它的眼睛，那么这本书的眼睛就是近视且散光严重的。我必须承认，我最终放弃了跟随书中的章节顺序阅读，转而去网上搜索相关的教学视频和图文资料，才勉强对一些核心概念有了初步的认识。

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这是一本绝对不适合自学的书籍。它的语言风格过于干燥和学术化，读起来就像在啃一块没有调味的硬面包。作者的叙事方式极其单调，缺乏任何能激发读者兴趣的元素。我尝试过用不同的方法——早上读、晚上读、边听音乐读——但每次都会陷入昏昏欲睡的状态。它没有提供任何激励性的内容，也没有将理论与现实世界的宏大应用场景联系起来，导致我对所学知识的重要性感受不到任何共鸣。我需要的是能点燃我对流体力学热情的引导，而不是一本冰冷的公式大全。总而言之，这本书在“激发学习欲望”这个维度上，得分是零。它只是机械地罗列事实和公式，缺乏灵魂和温度，阅读体验极其糟糕。

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这本书简直是我的噩梦，我真的不明白为什么会有人推荐它。从我翻开第一页开始，我就知道我掉进了一个深坑。它的内容排版简直是灾难，密密麻麻的小字和让人眼花缭乱的公式占据了所有的版面，让人根本没有心情去阅读。而且，作者的写作风格极其晦涩难懂，很多基础概念的解释都含糊不清，仿佛他默认读者已经对这些内容了如指掌。我花了好大力气才勉强理解了一两个简单的章节，但很快又被更复杂的理论绕晕了。每次我试图去理解一个图表，它总是莫名其妙地跳到另一个毫无关联的主题上，让我感到极度混乱。这本书就像一个迷宫，没有清晰的指引，只有无尽的困惑和挫败感。对于初学者来说，这本书简直是劝退神器，我强烈建议任何想入门这个领域的人远离它，找一本更直观、更友好的教材。

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