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☆☆☆☆☆

出版者:高等教育

作者:张德良

出品人:

页数:491

译者:

出版时间:2010-11

价格:60.00元

装帧:

isbn号码:9787040297416

丛书系列:中国科学院研究生院教材

图书标签:

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具体描述

《计算流体力学教程》属于“中国科学院研究生院教材”系列。《计算流体力学教程》主要介绍计算流体力学中的有限差分算法和有限体积算法及它们的应用。全书共分上、下两篇：上篇共有8章，主要介绍差分算法理论基础；下篇共有6章，主要介绍差分算法应用研究和网格生成技术。为便于读者学习和应用，配书光盘包含若干算法的算例和用C语言和FORTRAN77语言编写的计算程序。《计算流体力学教程》强调基础、突出应用、关注最新进展。通过学习《计算流体力学教程》，读者能对计算流体力学有一个系统和深入的理解，并掌握扎实的理论基础和具备较强的解决实际问题的能力。《计算流体力学教程》可作为力学、机械、航空航天、热能等专业及相关专业的研究生教学用书，以及高年级的本科生学习计算流体力学的教材，也可作为从事数值模拟的科研人员和工程技术人员的参考书。

《湍流的奥秘：从理论到模拟》本书并非一本入门级的计算流体力学教材，而是深入探索湍流现象的复杂性及其数值模拟方法的专著。它旨在为那些已经掌握了计算流体力学基础知识，并希望在湍流建模和仿真实践中取得突破的研究者和工程师提供一个全面的视角。核心内容概述：湍流的精髓与挑战：本书首先从理论层面剖析了湍流的本质特征，包括其内在的无序性、多尺度性、耗散性以及非线性动力学。我们将深入探讨Kolmogorov理论、统计平均方法等经典理论框架，并着重分析传统数值方法在捕捉湍流细节时所面临的根本性困难，如网格分辨率的需求、计算资源的消耗以及离散化误差的影响。先进的湍流建模技术：鉴于直接数值模拟（DNS）在实际工程中的局限性，本书将重点介绍各种先进的湍流模型。我们会详细讲解：雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的改进与应用：除了标准的k-ε、k-ω模型，我们还将探讨 Spalart-Allmaras 模型、混合RANS/LES方法（如Detached Eddy Simulation, DES）以及第二类流场矩（Reynolds Stress Model, RSM）等更复杂的模型，分析它们各自的优势、局限性以及在不同流动场景下的适用性。大涡模拟（LES）的理论基础与实现：本书将深入解析LES的滤波概念，详细介绍亚网格尺度（SGS）模型的发展，包括Smagorinsky模型、Germano的动态模型、WALE模型等，并讨论LES在捕捉瞬时三维结构和预测分离流等方面的能力。基于机器学习的湍流建模：紧跟前沿研究，我们将介绍如何利用神经网络、深度学习等机器学习技术来构建或改进湍流模型，例如通过数据驱动的方式来学习SGS应力张量，或者利用机器学习来辅助RANS模型的系数校准，探讨这种新兴方法在提高预测精度和效率方面的潜力。高精度数值方法与实现：为了更好地模拟湍流，本书将探讨一系列高精度数值技术：有限体积法（FVM）与有限元法（FEM）的比较与拓展：重点关注在高阶精度数值格式（如高阶中心差分、通量限制器、加权本质无振荡（WENO）格式）在求解对流项中的应用，以及它们如何降低数值耗散和色散。谱方法与伪谱法的原理及优势：介绍谱方法在高精度求解偏微分方程中的独特之处，以及它们在简单几何边界条件下的有效性，并讨论伪谱法如何克服谱方法在复杂几何上的限制。先进的求解器技术：探讨迭代求解器（如GMRES、BiCGSTAB）、多重网格法（Multigrid）在加速求解大型线性系统中的作用，以及压力的求解方法（如投影法、修正泊松方程）的效率和稳定性。湍流模拟的挑战与前沿：湍流边界层与壁面处理：深入研究湍流边界层内的速度滑移、壁面函数以及如何准确模拟近壁面流动，特别是使用低雷诺数模型或直接解析粘性底层。可压缩湍流与跨音速/超音速流动：讨论可压缩性对湍流结构的影响，以及在激波-湍流相互作用、高超声速流动模拟中需要特别注意的数值问题。多相流与燃烧中的湍流：简要介绍湍流在多相流（如液滴、颗粒）和燃烧过程中的作用，以及相应的数值模拟策略，例如耦合欧拉-拉格朗日方法、涡量-应变率模型等。后处理与数据分析：强调如何有效地从大量的模拟数据中提取有意义的物理信息，包括统计量的计算、湍流结构的识别、可视化技术以及不确定性量化。本书特色：深度与广度兼备：在理论深度上，力求揭示湍流建模和模拟背后的数学原理；在技术广度上，覆盖了从经典模型到最新前沿的多种方法。面向实践：尽管不包含具体的代码实现，但本书会提供清晰的算法思路和方法论，指导读者如何选择和应用合适的数值方法和模型来解决实际工程问题。批判性分析：对各种湍流模型和数值方法的优缺点进行深入、客观的分析，帮助读者形成独立的判断能力。前沿导向：引入了当前湍流研究中最活跃的方向，如机器学习在湍流建模中的应用，为读者提供对未来研究趋势的洞察。本书适合高等院校研究生、科研院所的研究人员、以及航空航天、汽车、能源、环境等领域的工程师阅读。读者应具备基础的流体力学、数值分析和计算方法知识。通过阅读本书，读者将能够更深刻地理解湍流的内在规律，掌握更先进的数值模拟工具，并为解决复杂的工程湍流问题奠定坚实的理论和技术基础。

作者简介

目录信息

第一章绪论第1节引言第2节什么是计算流体力学第3节计算流体力学发展概况第4节计算流体力学、理论流体力学及实验流体力学的关系第5节验证与确认参考文献上篇差分算法理论基础第二章流体力学基本方程组第1节描述流体运动的方法第2节推导流体力学基本方程组的基本思路第3节流体力学基本方程组第4节流体力学基本方程组分析和应用第5节湍流基本方程组简介第6节连续介质力学基本方程组简介第7节流体力学基本方程组数学性质及其类型第8节流体流动定解条件的提法参考文献第三章模型方程及其数学物理性质第1节模型方程类型第2节对流方程及其数学物理性质第3节扩散方程及其数学物理性质第4节对流一扩散方程及其数学物理性质第5节浅水波方程及其数学物理性质第6节 riemann问题间断解参考文献第四章有限差分算法理论基础第1节有限差分方程离散化第2节差分方程构造方法第3节差分方程有效性分析第4节差分方程稳定性分析——fourier分析法第5节 fourier法分析差分方程稳定性算例第6节差分方程耗散性和色散性的fouricr分析法第7节差分方程耗散性和色散性的taylor分析法参考文献第五章非线性演化方程数值分析第1节非线性演化方程及其特性第2节非线性演化方程广义解——弱解第3节弱解的唯一性条件——熵条件第4节非线性差分方程稳定性讨论第5节非线性差分方程局部线性化稳定性分析参考文献第六章方程（组）的典型差分格式第1节引言第2节模型方程的典型差分格式第3节守恒型方程（组）与守恒型差分格式第4节特征型方程（组）与特征型差分格式第5节 jacobian系数矩阵分裂和流通量矢量分裂第6节流体力学多维问题的差分格式和算法第7节黏性流动n-s方程组的差分格式和数值解法第8节差分格式的时间微商离散问题参考文献第七章差分方程（组）数值解法第1节 gauss消去法第2节追赶法第3节迭代法第4节交替方向隐式差分法（adi法）第5节隐式近似因式分解法（af法）第6节多重网格法第7节预处理法参考文献第八章有限体积算法基础第1节有限体积算法基本思路和做法第2节有限体积算法离散化第3节对流方程有限体积算法第4节对流一扩散方程有限体积算法第5节有限体积算法和有限差分算法之间的关系第6节有限体积算法的精度和守恒性分析第7节有限体积算法在二维不可压缩黏性流动问题中的应用参考文献下篇差分算法应用研究第九章差分算法应用研究综述第1节可压缩无黏流动数值解法发展概况第2节不可压缩黏性流动数值解法发展概况第3节网格生成技术发展概况参考文献第十章激波间断数值处理第1节引言第2节人工黏性效应及其应用第3节提高激波捕捉质量的算法第4节近代高分辨率激波捕捉技术参考文献第十一章高分辨率捕捉激波算法第1节间断分解算法——godunov差分格式第2节迎风型roe算法——roe差分格式第3节高阶精度间断分解算法——muscl差分格式第4节间断分解算法在二维无黏流动中的应用第5节总变差不增算法——tvd差分格式第6节 tvd差分算法在二维可压缩无黏流动中的应用第7节无振荡无自由参数耗散算法——nnd差分格式第8节 nnd差分格式在二维可压缩无黏流动中的应用参考文献第十二章不可压缩黏性流动数值算法第1节涡量-流函数算法第2节涡量-流函数算法在二维不可压缩黏性流动中的应用第3节求解原始变量n-s方程组算法第4节求解压力poisson方程算法第5节求解压力poisson方程算法在二维不可压缩黏性流动中的应用第6节求解定常原始变量n-s方程组的人工压缩算法第7节人工压缩算法在二维不可压缩黏性流动中的应用第8节压力校正算法（simple算法）第9节 simple算法在二维不可压缩黏性流动中的应用参考文献第十三章高阶精度数值算法新进展第1节基本无振荡差分算法（eno算法）第2节加权基本无振荡差分算法（weno算法）第3节显式迎风型三阶eno和五阶weno算法在二维可压缩无黏流动中的应用第4节紧致算法——compact差分格式第5节迎风型紧致算法中激波间断捕捉技术第6节迎风型紧致算法在不可压缩黏性流动和可压缩无黏流动中的应用参考文献第十四章网格生成技术概述第1节网格生成技术简介第2节网格生成基本做法和类型第3节网格生成技术基本方法第4节分区网格生成法简介第5节 cartesian结构网格与自适应技术简介第6节运动网格技术——浸入边界法第7节非结构网格技术第8节结构网格和非结构网格相结合的混合网格技术参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排给我的感觉有些跳跃。《计算流体力学教程》在开篇花了不少篇幅介绍了一些CFD软件的安装和基本操作，这对于初学者来说或许是必要的，但对我来说，我更希望能先建立起扎实的理论根基。例如，在介绍网格生成时，这本书只是简单地提到了结构网格和非结构网格的区别，以及如何使用软件中的工具进行划分。我希望能更深入地了解不同网格类型对计算结果的影响，比如在边界层区域采用加密网格的必要性，以及网格畸变对精度可能造成的负面影响。此外，关于物理模型的选择，例如湍流模型，这本书只是列举了几种常见的模型，如RANS模型，但对于不同湍流模型的适用范围、精度以及它们背后的物理假设，并没有进行深入的阐述。我希望能看到更多关于不同湍流模型（如Spalart-Allmaras、k-epsilon、k-omega SST）在不同流动情况下的比较分析，以及如何根据具体问题选择最合适的模型。这种理论与实践之间的联系在书中显得有些薄弱，让我感觉像是被推着去学习操作，而对背后的原理理解不够透彻。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字叫《计算流体力学教程》，但我拿到手之后，迫不及待地翻开，原本期待着能看到一些深入的理论推导和精妙的算法分析，结果却发现它更像是一本“工具箱”的说明书。开头几章确实有提到了一些基本概念，比如纳维-斯托克斯方程，但我总觉得隔靴搔痒，没有深入到我想要的程度。我特别想了解不同数值格式在精度和稳定性上的权衡，比如有限差分、有限体积和有限元方法，它们各自的优势和劣势是什么？在处理复杂几何形状或者多相流时，哪种方法更适合？这本书只是泛泛地提了一嘴，然后就急匆匆地跳转到软件操作的环节了。当然，我理解教程类的书籍需要实践，但理论基础的讲解如果过于简化，会让我对后续的学习产生很大的不确定性。我希望能够看到更多关于数值离散化误差的分析，例如截断误差的来源和如何通过提高阶数来减小误差，还有稳定性分析的理论推导，比如冯·诺依曼稳定性分析在不同方程和边界条件下的应用。这本书在这方面的内容确实比较匮乏，让我感觉像是拿到了一把没有磨利的工具，用起来总是不够得心应手，学习效率也因此大打折扣。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，《计算流体力学教程》在算法的实现细节上，给我一种“点到为止”的感觉。它提到了有限体积法的概念，也展示了如何在软件中设置离散化方案，但我总觉得少了点什么。比如，在离散化连续方程时，通量格式的选择（如迎风格式、中心格式、迎风-中心混合格式）对计算结果的稳定性和精度有什么样的影响？在求解线性方程组时，迭代求解器（如Jacobi、Gauss-Seidel、SOR、GMRES）的工作原理以及它们的收敛性分析，这本书并没有深入探讨。我希望能看到更多关于这些数值算法的推导过程，以及它们在不同类型的偏微分方程（如对流占优方程、扩散占优方程）上的表现。例如，对于高度对流占优的问题，迎风格式的稳定性优势在哪里？对于扩散项的离散化，二阶精度的差分格式是如何构造的？这本书更多地侧重于“怎么做”，而很少深入“为什么这么做”，这让我感觉在面对一些计算难题时，缺乏足够的理论支撑来解决问题。

评分☆☆☆☆☆

阅读《计算流体力学教程》的过程中，我发现它在结果的验证和不确定性量化方面的内容相对不足。书中展示的仿真结果，通常只是提供了一些速度云图或者压力分布图，但很少提及这些结果的可靠性如何评估。我希望能看到更多关于CFD结果验证的内容，比如如何与实验数据进行对比，如何使用网格收敛性研究来评估网格对计算结果的影响。此外，对于CFD模拟的不确定性，例如模型不确定性、离散化不确定性和输入参数不确定性，这本书几乎没有涉及。在实际工程应用中，了解模拟结果的不确定性范围是非常重要的，这关系到设计决策的风险评估。例如，在评估某个设计方案时，如果CFD结果的不确定性很大，那么我们可能需要进行更多的模拟或者依赖于更保守的设计准则。这本书在这方面的缺失，让我感觉学习到的知识不够全面，无法完全满足我对CFD应用的需求。

评分☆☆☆☆☆

翻开《计算流体力学教程》，我本来以为会看到很多关于模拟真实世界流体现象的案例分析，比如飞机翼型的绕流、管道中的湍流扩散，甚至是天气预报模型背后的计算原理。这本书确实有一些简单的例子，但很多都是停留在非常基础的层面，例如简单的二维矩形区域的泊肃叶流。我真正感兴趣的是如何将CFD应用于更复杂的工程问题。例如，在航空航天领域，如何精确模拟高超声速流动中的激波和热化学反应？在汽车工程中，如何优化车身的气动外形以降低风阻？在生物医学领域，如何模拟血液在血管中的流动，预测动脉瘤的形成？这本书在这方面的实例介绍非常有限，更多的是关于如何使用某个特定的CFD软件创建几何模型、划分网格、设置边界条件以及进行后处理。虽然软件操作也很重要，但如果缺乏足够多、足够有深度的工程应用案例，就很难让读者真正理解CFD的威力以及它在解决实际问题中的作用。我希望看到更详细的案例，包括问题的建模过程、网格策略、求解器选择、结果验证以及与实验数据的对比分析，这样才能更直观地感受到CFD的价值。

评分☆☆☆☆☆