Advances in Dynamics, Instrumentation and Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Lozano, Alejandro (EDT)/ Rakheja, Subhash (EDT)/ Su, Chun-Yi

出品人:

页数:409

译者:

出版时间:

价格:142

装帧:

isbn号码:9789812708052

丛书系列:

图书标签:

• Dynamics
• Instrumentation
• Control
• Engineering
• Systems
• Automation
• Robotics
• Mechanical Engineering
• Applied Mathematics
• Control Theory

现代流体力学与计算方法：从基础理论到前沿应用 作者： [此处留空，或填写虚构的知名学者姓名] 出版社： [此处留空，或填写专业学术出版社名称] ISBN： [此处留空，或填写虚构的ISBN] --- 内容概述 《现代流体力学与计算方法》是一部旨在全面覆盖当代流体力学领域核心理论、先进数值模拟技术及其在工程实际中应用的权威性著作。本书结构严谨，内容深度适中，不仅为初涉此领域的学生和研究人员提供了坚实的理论基础，也为资深工程师和科学家提供了深入探索复杂流动现象和优化高性能系统的实用工具和最新见解。 本书的核心目标是弥合经典流体力学理论与现代计算建模技术之间的鸿沟，强调从物理机理的深刻理解出发，指导高效、精确的数值求解策略。全书共分为四个主要部分，共计十六章，逻辑递进，层层深入。 --- 第一部分：流体力学基础与控制方程的精确表述 本部分奠定了整个流体力学研究的理论基石，重点回顾了适用于各类流体（牛顿流体、非牛顿流体、可压缩流体、不可压缩流体）的守恒定律，并详细推导了 Navier-Stokes (N-S) 方程组的各种形式。 第一章：流体力学基本概念与连续性假设 本章首先阐述了流体运动的描述方法（拉格朗日与欧拉观点），引入了流场变量（密度、速度、压力、温度）的定义。着重探讨了连续性假设的适用范围和局限性。详细介绍了物质导数、应变率张量、应力张量，并导出了适用于粘性流体的本构方程，尤其区分了牛顿流体和常见非牛顿流体（如幂律流体和剪切增稠流体）的应力特性。 第二章：动量守恒与热力学基础 本章深入解析了牛顿第二定律在流体元上的应用，完整推导了 Navier-Stokes 方程组，包括对体积力（如重力、电磁力）和表面力（粘性力、压力梯度力）的详细分解。随后，结合能量守恒定律，推导了可压缩流动的能量方程，讨论了等熵过程、绝热过程的条件，以及热传导和粘性耗散项的物理意义。 第三章：无量纲分析与相似性原理 为了更好地指导实验设计和模型缩放，本章系统介绍了无量纲化过程，重点讨论了关键无量纲数（如雷诺数、马赫数、普朗特数、努塞尔数）的物理含义及其对流动特性的决定性作用。详细阐述了 Buckingham Pi 定理在简化物理问题中的应用，并探讨了湍流模型中相似性律的构建基础。 --- 第二部分：经典分析方法与低速/无粘流动理论 本部分回归到解析解法和理想化模型的范畴，为理解更复杂的现实问题打下简化基础。 第四章：势流理论与欧拉方程 本章处理了理想流体（无粘性、不可压缩）的运动，导出了欧拉方程。重点讲解了势流（Potential Flow）的概念，推导了速度势 $phi$ 和流函数 $psi$ 的关系，并熟练应用共形映射（如莫比乌斯变换）来求解翼型周围的绕流问题，包括 Kutta-Joukowski 定理的推导与应用。 第五章：粘性边界层理论 本章是经典流体力学中至关重要的一环。详细介绍了边界层分离的概念，推导了 Blasius 边界层方程，并展示了其在平板上层流拖曳力计算中的解析求解方法。随后，通过 Pohlhausen 近似法处理了压力梯度影响下的边界层，探讨了分离点预测的重要性。 第六章：扰动方法与微扰理论 针对线性化方程的求解，本章引入了小扰动近似法。详细分析了声波传播（线性可压缩流）和 Stokes 流（低雷诺数蠕动流）的微扰解法，包括求解高阶修正项，以期更精确地描述接近理想状态的流动。 --- 第三部分：计算流体力学 (CFD) 的核心算法与建模 本部分是本书的重点和难点，系统地介绍了将 N-S 方程转化为可解数值模型的技术路线。 第七章：离散化技术概览与网格生成 本章首先介绍了有限差分法 (FDM)、有限体积法 (FVM) 和有限元法 (FEM) 的基本原理及其在流体力学中的适用性比较。重点深入探讨了 FVM，阐述了通量守恒的数学意义。随后，详细介绍了结构网格、非结构网格的生成技术，包括边界层网格的加密策略。 第八章：压力-速度耦合算法 本章专注于不可压缩流动的求解难题。详细讲解了 SIMPLE、PISO、SIMPLER 等经典压力修正算法的迭代流程、收敛机制及其在处理压力泊松方程时的技巧。讨论了代数多重网格 (AMG) 在加速求解过程中的作用。 第九章：湍流建模：雷诺平均 Navier-Stokes (RANS) 方程 湍流是现代工程面临的最大挑战之一。本章首先推导了 RANS 方程，引入了雷诺应力项。随后，详细剖析了标准的两方程模型：$k-epsilon$ 模型（包括标准、剪切力修正等变体）和 $k-omega$ 模型，并探讨了其各自的优势与局限性，特别是在近壁区处理上的差异。 第十章：大涡模拟 (LES) 与直接数值模拟 (DNS) 的理论基础 作为更高保真度的模拟手段，本章介绍了 LES 模型的构造，包括亚格子尺度 (SGS) 模型（如 Smagorinsky 模型）的物理基础和局限性。简要介绍了 DNS 所需的极高分辨率和其在基础物理研究中的不可替代性。 第十一章：高精度空间离散格式与时间推进方法 本章关注数值解的稳定性和精度。介绍了高阶空间离散格式（如 ENO/WENO 格式）在捕捉激波等强间断时的优势。在时间推进方面，详细比较了显式（如龙格-库塔法）和隐式（如后向欧拉法、Crank-Nicolson 法）方法的稳定域和计算效率。 --- 第四部分：高级主题与工程应用前沿 本部分将理论和计算方法应用于复杂的物理场景，展示流体力学研究的前沿方向。 第十二章：可压缩流动与激波捕捉 本章处理高马赫数流动。重点讨论了处理激波的数值技巧，包括人工粘性与真实粘性的区分。详细介绍了 Godunov 型格式（如 Roe 格式、AUSM 格式）在精确捕获激波面的鲁棒性，以及求解器中熵条件的实施。 第十三章：多相流与界面追踪技术 本章探讨了气-液、气-固等复杂多相流的建模。详细对比了欧拉-欧拉 (E-E)、欧拉-拉格朗日 (E-L) 方法的适用场景。深入讲解了界面追踪技术，如水平集 (Level Set) 方法和相场 (Phase Field) 方法在描述相界面演化中的应用。 第十四章：流固耦合 (FSI) 建模 本章关注流体与结构之间的相互作用。讨论了单向耦合（流体影响结构，结构不影响流体）和双向耦合的数值策略。重点介绍了分区 (Partitioned) 方法和整体 (Monolithic) 方法的优缺点，以及用于精确传递界面载荷的插值技术。 第十五章：非牛顿流体流动模拟 针对化工、生物医学工程中常见的非牛顿流体，本章专门讨论了其粘度模型（如 Cross, Carreau 模型）在 CFD 求解器中的实现。分析了剪切变稀/剪切增稠对混合、泵送过程的影响，并探讨了适用于高分子熔体流动的特殊边界条件处理。 第十六章：先进计算技术与数据驱动方法 本章展望了流体力学计算的未来。讨论了在高性能计算 (HPC) 环境下利用 GPU 加速的流体求解器架构。最后，引入了基于深度学习的湍流模型构建（Physics-Informed Neural Networks, PINNs 在 N-S 方程中的应用），展示了数据驱动方法如何辅助或替代传统物理建模的潜力。 --- 读者对象 本书适合于航空航天、机械工程、土木工程、化学工程、能源科学以及生物医学工程等领域的本科高年级学生、研究生以及从事计算建模、流体动力学设计与分析的专业工程师和研究人员。阅读本书需要具备基础的微积分、常微分方程以及基础的流体力学知识。 --- 本书的价值在于其对先进 CFD 算法的详尽剖析和对前沿物理问题的全面覆盖，提供了一个从理论推导到数值实现的完整学习路径，是构建新一代流体动力学分析能力的必备参考书。

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