Grundkurs Theoretische Physik 7 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Wolfgang Nolting

出品人:

页数:595

译者:

出版时间:2009-09-16

价格:EUR 44.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783642016059

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 理论物理
• 大学教材
• Grundkurs
• 量子力学
• 电动力学
• 统计物理
• 固体物理
• 相对论
• 高等教育

好的，这是一份关于一本假想图书的详细简介，其内容完全独立于您提到的《Grundkurs Theoretische Physik 7》。 《现代流体力学与非线性动力学：从连续介质到湍流边界》 作者： 约翰内斯·贝克尔，安娜·施密特 出版社： 普鲁士科学出版社 页数： 约 1200 页 插图与图表： 超过 450 幅，涵盖大量数值模拟可视化及实验数据。 --- 内容概述 《现代流体力学与非线性动力学：从连续介质到湍流边界》是一部面向高年级本科生、研究生以及专业研究人员的综合性教科书。本书旨在系统性地建立经典流体力学的基础，并深入探讨二十世纪下半叶以来在非线性系统、复杂流体行为及湍流理论方面取得的重大突破。 本书的核心理念在于，将流体力学视为一个高度耦合的非线性场论问题。我们不仅关注纳维-斯托克斯方程的经典推导和求解，更强调从统计力学、信息论和几何学角度对流体运动的深刻理解。全书共分四大核心部分，涵盖了从基础概念到前沿研究的完整知识图谱。 第一部分：流体动力学的数学框架与基本方程 本部分奠定了全书的理论基础，侧重于流体运动的微观与宏观描述之间的桥梁构建。 1.1 连续介质假设与运动学基础： 详细考察了场变量（密度、速度、压力、温度）在物质导数下的演化。引入了基于物质导数（Lagrangian derivative）的控制体积分析，并严格推导了质量守恒（连续性方程）和动量守恒（纳维-斯托克斯方程）在不同坐标系下的形式。特别关注了张量分析在描述流体形变（应变率张量和应力张量）中的应用。 1.2 能量与热力学： 阐述了流体中的能量传输机制，包括导热、粘性耗散和对流。推导了熵产生原理在流体动力学中的体现，并详细讨论了可压缩流动的热力学限制，如马赫数、绝热过程和等温过程的适用范围。 1.3 基础简化模型： 系统回顾了理想流体（欧拉方程）、牛顿流体（粘性项的引入）以及斯托克斯流（低雷诺数）的特性。引入了边界条件对流动结构的关键影响，重点分析了无滑移条件下的第一类和第二类边界层概念。 第二部分：经典流动结构与稳定性理论 此部分深入分析了特定几何和物理条件下出现的经典流动现象，并引入了线性稳定性分析作为理解复杂流动的起点。 2.1 边界层理论的深化： 详细讲解了普朗特边界层理论的构建，包括如何通过渐近展开法简化纳维-斯托克斯方程。对平板上的Blasius解进行了详尽的数值和解析讨论，并扩展到受压力梯度影响的流动（如Falkner-Skan方程）。 2.2 绕流与分离现象： 探讨了圆柱、翼型等钝体和尖锐体绕流中的流动分离机制。引入了 Kutta-Joukowski 定理对升力的解释，并从动量损失的角度分析了尾流（Wake）的结构与发展。 2.3 线性稳定性分析（LSA）： 这是理解湍流起源的关键。本章严格推导了扰动方程，并引入了粘性（Orr-Sommerfeld 方程）和无粘（Rayleigh 定理）的特征值问题。通过分析本征值谱，区分了绝对不稳定性与对流不稳定性，为后续的非线性分析做铺垫。 第三部分：非线性动力学与转捩（Transition） 本部分是本书的亮点之一，着重于从线性系统跃迁到完全非线性的过程，探讨了复杂的动力学结构。 3.1 感受性与模态分析： 深入讲解了伴随场（Adjoint Field）的概念，如何利用它来识别流场中对外部激励最敏感的区域（感受性结构）。引入了平衡态（Equilibrium States）和循环解（Limit Cycles）的分析方法。 3.2 湍流转捩的路径： 系统梳理了转捩的几种主要路径：尖锐的“爆发式”转捩（Bifurcation-driven Transition）、逐渐的“自然”转捩（Bypass Transition）以及波的相互作用。重点分析了“波-波相互作用”如何导致结构失稳，并详细阐述了“准周期性湍流”（KAM 理论在流体中的体现）。 3.3 混沌动力学在流体中的应用： 从洛伦兹吸引子（Lorenz Attractor）的物理背景出发，探讨了低维模型的简化能力。虽然流体系统是无限维的，但本书展示了如何通过降阶模型捕捉到流体流动的基本混沌特征，例如周期性窗口和倍频分岔序列。 第四部分：湍流理论与统计描述 最后一部分聚焦于统计物理学在描述完全发展的湍流中的核心作用，这是现代流体力学研究的中心议题。 4.1 湍流的统计描述： 严格推导了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程。详细讨论了湍流脉动（Turbulent Fluctuations）的统计特性，包括高阶矩和各向异性。引入了湍流粘度（Reynolds Stresses）的概念，并批判性地评估了经典代数模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）的适用性和局限性。 4.2 涡量和涡旋结构： 关注于流场中的局域结构。探讨了涡量的输运和耗散，特别是“涡旋管”（Vortex Tubes）的动力学。引入了涡量守恒律和涡量扩散的概念，并讨论了在三维湍流中涡旋的自组织现象。 4.3 概率密度函数（PDF）方法与涡量级级联： 介绍了比 RANS 更为深入的 PDF 输运方程，它保留了更丰富的脉动信息。最后，深入探讨了 Kolmorogov 的 1941 年理论（K41 假设），并分析了其在惯性子层中的普适性，以及对于能量级级联（Energy Cascade）的描述。 特色与优势 理论深度与工程应用并重： 本书不仅推导严谨，还配有大量现代计算流体力学（CFD）的案例分析，以可视化复杂的非线性现象。 几何与拓扑视角： 引入了微分几何工具来描述流线拓扑和拓扑不变量，为理解复杂流场提供了新的分析工具。 丰富的习题集： 每章末尾均附有难度分级的习题，包括理论推导、数值模拟编程指导以及基于现有公开数据集的分析练习。 本书是连接经典流体力学与前沿湍流研究的理想桥梁，为有志于在航空航天、环境流体力学、生物流体力学及等离子体物理等领域深造的学者提供了坚实的理论基础。

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