可压缩湍流直接数值模拟

可压缩湍流直接数值模拟 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:科学
作者:傅德薰//马延文//李新亮//王强
出品人:
页数:492
译者:
出版时间:2010-11
价格:88.00元
装帧:
isbn号码:9787030292421
丛书系列:
图书标签:
  • 流体力学
  • 直接数值模拟
  • 1
  • 湍流
  • 可压缩流体
  • 直接数值模拟
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  • 数值分析
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具体描述

《可压缩湍流直接数值模拟》以航天飞行器气动问题为应用背景,总结了课题组在可压缩湍流直接数值模拟研究方面的部分工作。在数值方法方面,分析了正确模拟多尺度物理结构及其非线性干扰对数值方法的要求,反映了国际上的一些最新成果;在物理问题方面,重点分析了可压缩剪切湍流的直接数值模拟及其流动机理。可压缩与不可压缩湍流之间的定量差别及其特征参数之间的关系和可压缩效应对湍流特征的影响等。所研究的典型湍流有均匀各向同性湍流、槽道湍流、平面混合流、射流、平板边界层湍流和钝楔、钝锥边界层湍流等,且给出了相应的算法及其高效并行软件。

《可压缩湍流直接数值模拟》可作为相关专业的高年级研究生、科研工作者的参考书,为更广泛流体力学数值模拟研究提供高精度高分辨率的计算方法及其并行软件。

《流体力学基础原理与应用》 内容简介 本书旨在为学习流体力学原理及其工程应用的学生和研究人员提供一本全面、深入且严谨的教材。全书共分为三大部分,系统地介绍了经典流体力学理论的构建、分析方法以及在现代工程技术中的广泛应用。内容涵盖了从宏观流体运动的描述到微观流体特性的分析,力求在理论深度与实际应用之间取得完美的平衡。 第一部分:流体力学基础理论与描述 本部分构建了分析流体运动的数学和物理基础框架。我们首先从流体的基本概念入手,详细阐述了流体(液体、气体及等离子体)的物质属性,如密度、粘度、表面张力、压缩性和热力学性质等,并讨论了如何使用宏观平均量来描述宏观尺度的流体行为。 连续介质假设与流场描述: 重点阐述了连续介质假设的适用条件与物理意义。随后,引入了描述流场的核心工具——流线、迹线和时间线,并深入探讨了场的概念,包括速度场、压力场和温度场。 流体力学的基本方程: 这是全书的核心理论基石。我们严格推导并阐述了控制流体运动的三大基本守恒定律在流体力学中的具体体现: 1. 质量守恒方程(连续性方程): 详细分析了不可压缩流体与可压缩流体中连续性方程的不同形式,并结合了物质导数(随体导数)的概念,揭示了流体微团运动与质量守恒的关系。 2. 动量守恒方程(纳维-斯托克斯方程): 这是流体力学中最核心的方程组。本书对纳维-斯托克斯方程的推导过程进行了详尽的分解,清晰解释了各项(惯性力、压力梯度力、粘性力、外力)的物理意义。特别针对牛顿流体和非牛顿流体的粘性应力张量进行了详细讨论。 3. 能量守恒方程: 结合热力学第一定律,推导了描述流体温度演化的能量方程。方程中包含了对流项、热传导项以及粘性耗散项的处理,为后续的热力耦合流动分析奠定了基础。 本构关系与无量纲化: 讨论了流体应力与应变率之间的关系,即流体的本构关系,重点区分了牛顿流体、幂律流体以及粘弹性流体。随后,通过量纲分析法引入了重要的无量纲数,如雷诺数(Re)、马赫数(Ma)、普朗特数(Pr)和傅里叶数(Fo),阐明了这些参数在判断流动物理特性和进行模型缩放中的决定性作用。 第二部分:经典流动分析与解析解法 本部分侧重于应用基础方程求解特定、简化但物理意义重大的经典流动问题,培养读者运用数学工具解析物理现象的能力。 静力学与浮力: 讨论了流体静止时的平衡状态,包括压力分布、阿基米德定律(浮力)以及流体静力学中的功与势能概念。 理想流体流动: 假设流体无粘性,重点分析了欧拉方程。通过伯努利方程的严格推导,解释了流速、压力与高度之间的定量关系,并将其应用于管道流和流出问题。 粘性流体基础分析: 1. 层流(Laminar Flow): 详细分析了泊肃叶流(管道内稳定层流)、库埃特流(平板间剪切流)等解析解,这些解是理解粘性耗散和边界层理论的基础。 2. 边界层理论: 这是一个关键章节。本书系统介绍了普朗特边界层分离理论,详细推导了适用于低雷诺数流动中薄边界层的简化方程(普朗特简化方程)。讨论了速度剖面的发展,包括附着流动与流动分离现象,并引入了形状因子和拖曳系数的概念。 3. 管道流动与损失: 结合实验数据和理论分析,深入探讨了圆管内的完全发展湍流(尽管本书不深入湍流细节,但会介绍湍流的宏观特性,如摩擦因子图、雷诺比率)。分析了局部阻力(如阀门、弯管)的计算方法。 流动可视化与实验技术简介: 简要介绍了流体流动研究中常用的实验方法,如皮托管、压力探针、粒子图像测速(PIV)的原理和数据采集方式,以连接理论与实际测量。 第三部分:进阶主题与工程应用拓展 本部分将基础理论扩展到更复杂的物理场景,并探讨现代工程中遇到的关键流动问题。 可压缩流动基础: 针对马赫数显著的流动(如超音速飞行器周围的气动),引入了等熵流动理论。重点分析了声速的概念、马赫角以及正激波和斜激波的形成与特性,包括法拉第关系和罗伊方程的应用。 多孔介质中的流动: 讨论了液体或气体穿过多孔介质(如土壤、过滤器、储层岩石)时的流动特性,引入了达西定律及其适用范围,并讨论了渗透率的测量。 流固耦合(FSI)基础: 简要介绍流体作用于固体结构上时产生的相互影响。阐述了如何将流体力学方程与结构动力学方程耦合求解,这是航空航天、生物医学工程中的重要前沿领域。 传热与流动的相互作用: 重点分析了对流换热问题。详细讨论了热边界层,并将牛顿冷却定律与努塞尔数(Nu)相结合,探讨了在强制流动和自然对流情况下,热量传递效率的评估方法。 本书特色: 严格的数学推导: 确保读者理解每一项物理量的来源和适用性。 清晰的物理图像: 配备大量工程实例和示意图,帮助读者建立直观的物理认知。 面向应用: 强调基础原理在能源、环境、航空航天、生物工程等领域的实际应用价值。 本书内容结构严谨,覆盖面广,是流体力学专业本科高年级学生、研究生以及需要深入理解流体力学原理的工程师和科研人员的理想参考书。

作者简介

目录信息

丛书序前言第一篇 数值方法 第一章 流体力学方程组 第二章 高精度离散方法 第三章 数值解的精度与行为特性分析 第四章 激波高分辨率格式的构造第二篇 物理问题的直接数值模拟 第五章 湍流运动的基本方程 第六章 可压缩湍流特征 第七章 可压缩各向同性湍流的直接数值模拟 第八章 平面混合流及射流 第九章 可压缩平面湍流边界层的直接数值模拟 第十章 可压缩钝体边界层 第十一章 高精度计算流体力学软件Hoam-OpenCFD简介参考文献
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读后感

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用户评价

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当翻开《可压缩湍流直接数值模拟》这本书时,一股浓厚的学术气息扑面而来。作为一名博士生,正在攻读与湍流相关方向,我一直被可压缩湍流的复杂性所困扰。本书的标题直接点出了核心问题,让我看到了解决问题的希望。我预计书中会详尽地介绍建立可压缩流动模型所需的守恒律方程组,以及如何针对这些方程设计高精度的数值离散格式。考虑到“直接数值模拟”的定位,书中必然会深入探讨数值方法的收敛性、稳定性和精度问题,并可能涉及激波捕捉技术、人工粘性处理以及各种隐式和显式时间推进方案。可压缩性引入了一个新的物理维度——能量和熵的产生与耗散,我期待书中能详细阐述这些物理量在湍流中的行为,例如如何在不同的马赫数下,熵产生率如何影响湍流的演化,以及湍动能如何转化为热能。同时,对于湍流结构的模拟,我希望书中能提供清晰的解释,例如如何通过DNS捕捉到可压缩湍流中的相干结构,以及这些结构与能量耗散之间的关系。此外,书中很可能还会讨论大规模并行计算在DNS中的应用,包括如何有效地分配计算任务、优化内存使用以及进行后处理分析,这些都是实现可靠DNS模拟的关键。我对书中关于可压缩性对湍流各向异性、湍流输运以及湍流边界层行为的影响的论述尤为感兴趣。总而言之,这本书对我而言,不仅是一本教科书,更是一本研究指南,能够帮助我理解并掌握可压缩湍流DNS的精髓,为我未来的研究提供重要的理论和技术支持。

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《可压缩湍流直接数值模拟》这本书,从其标题本身就透露着一种对科学前沿的探索精神。作为一名在航空航天工程领域工作的技术人员,我深切体会到高超音速流动中湍流模拟的复杂性与重要性。可压缩性不仅仅是简单地引入了密度变化,更重要的是它带来了能量和熵的相互转化,以及激波等非线性现象,这些都极大地增加了湍流模拟的难度。我猜想,书中会从最基本的流体力学方程入手,详细阐述可压缩流动的控制方程,并重点讲解如何将其转化为适用于计算机求解的离散形式。特别是“直接数值模拟”这一要求,意味着书中会深入介绍一系列高精度、高分辨率的数值方法,旨在捕捉湍流的全部尺度,从最大的涡结构到最小的耗散尺度。我特别关注书中在处理激波-湍流相互作用方面的论述,这在实际工程中至关重要。书中是如何设计数值格式来避免激波的数值耗散,同时又能保证湍流结构的准确捕捉?此外,我对书中关于可压缩性如何影响湍流的能量耗散机制、湍流输运特性以及相干结构的形成与演化的讨论,抱有浓厚的兴趣。例如,书中是否会通过具体的算例,展示不同马赫数下湍流能量谱的变化,以及熵在其中的作用?我也期待书中能提及在大规模可压缩湍流DNS计算中,如何有效地利用并行计算技术,以及如何进行高效的数据后处理和可视化。这本书,必将为我解决实际工程问题,提升数值模拟能力提供重要的理论指导和技术支持。

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当《可压缩湍流直接数值模拟》这本书在我手中展开,一种深切的学术探索欲望油然而生。作为一名在工程领域从事数值模拟工作的资深工程师,我深知高超声速流动中湍流模拟的难度与重要性。可压缩性所带来的非线性耦合、激波现象以及能量耗散等复杂性,使得传统的不可压缩湍流模型常常难以适用。这本书的出现,恰好能够填补我在这一领域的知识空白。我预感书中将详尽地阐述可压缩流体动力学基本方程组,以及如何利用先进的数值技术,如高阶精度有限差分、有限体积法,甚至谱方法,来实现对湍流的直接数值模拟。特别是对于可压缩性而言,激波的精确捕捉是重中之重,我期待书中能详细介绍相关的激波捕捉格式(如Roe格式、AUSM格式等)及其在DNS中的应用,并讨论如何在保持高精度的同时,有效抑制数值振荡。此外,我对书中关于可压缩性如何影响湍流微观结构,例如湍动能耗散率、涡动力学以及不同尺度涡之间的相互作用的分析,抱有极大的兴趣。例如,在不同马赫数下,能量耗散是如何发生的?是否会形成独特的湍流相干结构?书中是否会通过具体的数值算例,来展示这些物理现象,并与理论分析相结合?我也希望能从中了解到,在大规模可压缩湍流DNS计算中,如何有效地利用GPU、MPI等并行计算技术,以及如何进行高效的数据后处理和可视化。这本书,无疑将是帮助我解决实际工程难题、提升计算模拟水平的宝贵资源。

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《可圧縮流体直接数值模拟》这本书,从封面到书名,都透露着一股严谨与深度。作为一名在航空航天领域工作的工程师,我经常需要面对高超声速流动带来的湍流问题,而可压缩性对湍流的影响是其中最棘手的部分之一。这本书的出现,无疑为我们提供了一个宝贵的参考。我猜想,书中会从最基本的流体动力学方程出发,详细推导可压缩流动的控制方程,并在此基础上,重点阐述如何将这些方程进行数值离散。特别地,直接数值模拟(DNS)要求对所有尺度的湍流涡进行直接求解,这在可压缩流动中会面临更大的挑战,因为它会涉及到激波、膨胀波等高梯度区域。因此,书中必然会深入探讨适用于处理这些复杂物理现象的高精度数值格式,比如WENO格式、DG格式等,以及如何有效地处理数值稳定性问题,避免激波的数值耗散和振荡。我对书中关于可压缩性对湍流能量级串、湍流耗散率以及湍流边界层结构的影响的分析特别感兴趣。在实际工程应用中,理解这些物理过程对于气动加热、减阻以及控制非常重要。书中会不会提供一些典型的算例,例如超声速边界层、激波-湍流相互作用等,并展示DNS结果与理论、实验的对比?这将极大地增强这本书的实用价值。同时,我也期待书中能提及并行计算技术在实现高雷诺数、高马赫数可压缩湍流DNS中的重要作用,以及相关的算法优化策略。这本书,必将成为我解决实际工程问题、拓展研究视野的重要工具。

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这本书,初次拿到手,便被其厚重与封面设计所吸引。作为一名长期沉浸于流体力学研究的学者,对“可压缩湍流直接数值模拟”这一主题早有耳闻,也深知其研究的艰深与重要性。本书的标题直击核心,预示着它将深入探讨一个极具挑战性的领域。虽然我还没有完全消化其中的所有细节,但从目录和部分章节的粗略浏览来看,其内容之详实,论述之严谨,令人印象深刻。可以预见,书中会详细介绍可压缩性对湍流结构的影响,以及在不同马赫数下,如何准确捕捉和模拟这些复杂的非线性现象。这其中必然涉及到高精度数值格式的选取、离散化方法的讨论、以及如何处理边界条件和激波等问题。我特别期待书中关于能量耗散机制、湍流尺度动力学以及可能存在的相干结构在大尺度流场中的演变规律的阐述。此外,直接数值模拟(DNS)对计算资源的要求极高,书中必然会涉及大规模并行计算的技术细节、效率优化策略,甚至是高性能计算架构的应用。对于我这样的研究者而言,能够一窥前沿研究的冰山一角,学习作者在方法论上的创新,并从中获得新的研究思路,将是一次宝贵的经历。这本书不仅仅是一部学术专著,更像是一座通往可压缩湍流世界深处的导航仪,指引着我们如何在数值模拟的海洋中披荆斩棘,探索未知的领域。即使是初步的翻阅,也能感受到作者在其中倾注的智慧与心血,这无疑会激发我更深入地阅读和研究的动力。

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《可压缩湍流直接数值模拟》这本书,初读之下,便能感受到作者深厚的学术功底和严谨的治学态度。作为一名研究生,我一直对湍流的复杂性和可压缩性带来的额外挑战感到着迷,并渴望找到一本能够系统性地解释这一领域的权威著作。本书的标题精准地指出了其核心内容,我预期其中会包含对可压缩Navier-Stokes方程的详细推导,以及如何针对这些方程开发高精度的数值离散格式。直接数值模拟(DNS)要求捕捉湍流的全部尺度,这在可压缩流动中尤为困难,因为激波、高梯度区域以及不同物理量的耦合会带来巨大的数值挑战。我期待书中能深入探讨如何处理这些问题,例如如何设计能够精确捕捉激波而不产生明显数值耗散或伪影的算法,以及如何保证在广泛的马赫数和雷诺数范围内数值解的稳定性和精度。可压缩性对湍流结构、能量耗散机制以及湍流输运性质的影响是该领域的研究热点,我希望书中能提供详实的论述和可能的研究案例。例如,书中是否会讨论可压缩性如何改变湍流的各向异性、湍动能的级串过程,以及熵产生在其中的作用?此外,对于DNS研究而言,计算资源的消耗是巨大挑战,我猜想书中还会触及大规模并行计算在可压缩湍流DNS中的应用,包括算法的并行化、负载均衡以及数据管理等方面。总的来说,这本书对我而言,将是一份宝贵的学习资料,能够帮助我构建起完整的知识体系,并为我的毕业论文研究提供坚实的理论基础和技术指导。

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当《可压缩湍流直接数值模拟》这本书落入我的手中,我首先被其厚重的篇幅和精炼的标题所吸引。作为一名长期从事计算流体力学研究的学者,我深知可压缩湍流直接数值模拟(DNS)是该领域中最具挑战性的研究方向之一。本书的出现,预示着它将提供一个全面而深入的视角,帮助我们理解这一复杂现象。我预期书中会从流体动力学的基本方程出发,详细推导可压缩Navier-Stokes方程,并着重介绍如何构建高精度、高稳定性的数值格式来求解这些方程。鉴于DNS的定位,书中必然会深入探讨各种离散化技术,例如有限体积法、有限差分法,以及可能的高分辨率激波捕捉格式,以确保能够准确地模拟出从大尺度涡到微米尺度耗散结构的整个湍流尺度链。可压缩性所带来的额外物理效应,如温度、压力波动以及能量转换,对湍流的性质有着显著的影响,我非常期待书中能够详细阐述这些效应如何影响湍流的能量耗散、输运以及相干结构的形成。例如,书中是否会讨论在不同马赫数下,湍流的各向异性如何变化,以及熵产生在能量耗散过程中的作用?此外,大规模并行计算是实现高雷诺数、高马赫数可压缩湍流DNS不可或缺的工具,我希望书中能够提供关于并行算法设计、高效计算策略以及数据处理技术的宝贵经验。这本书,无疑将成为我研究可压缩湍流DNS的必读经典,为我带来新的研究思路和方法。

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拿到《可压缩湍流直接数值模拟》这本书,我的第一感觉是它是一份沉甸甸的学术遗产。作为一名有着数年流体力学背景的科研人员,我一直在寻找能够系统性梳理可压缩湍流数值模拟方法的权威著作,而这本书恰好填补了这一空白。从扉页开始,我就被作者严谨的学术态度所感染。书中对“可压缩性”这一关键物理量的引入,必然会涉及到能量守恒方程、动量守恒方程以及组分守恒方程的耦合,以及如何在高马赫数流动中处理这些方程的非线性性和数值稳定性问题。直接数值模拟(DNS)本身就是一种对物理过程无模型、无近似的模拟方法,这意味着书中会详细阐述一系列极其精密的数值算法,比如有限体积法、有限差分法,以及可能的高阶精度格式,以确保能够捕捉到湍流的全部尺度,尤其是那些对能量耗散起关键作用的最小尺度。我尤其关注书中在处理激波-湍流相互作用方面的论述,这在高速飞行器设计、燃烧模拟等领域至关重要。书中是如何在保证精度的前提下,有效抑制数值耗散和数值扩散,以准确重现激波附近湍流场的精细结构?这需要极高的数学功底和对物理过程的深刻理解。此外,书中对算例的选择和结果的呈现也至关重要,期待能看到作者通过精妙的数值实验,揭示可压缩湍流的一些本质规律,例如湍动能级串、熵产生机制以及马赫数对湍流各向异性、湍流耗散率的影响。这本书无疑是一扇窗,让我们得以窥探到可压缩湍流这一复杂系统的内在运行机制,为更深入的研究提供了坚实的基础。

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拿到《可压缩湍流直接数值模拟》这本书,一股学术研究的严谨气息便扑面而来。作为一名在高校从事计算流体力学研究的教师,我一直在关注这一领域的前沿进展。可压缩湍流的研究,尤其是通过直接数值模拟(DNS)的方法,是理解和预测许多重要工程问题的关键,例如航空航天、能源、环境科学等。我期待书中能够系统地介绍可压缩流动控制方程的推导,以及如何将其转化为可供计算机求解的离散形式。重点是,直接数值模拟要求无模型的求解,这意味着书中会详细讲解一系列高精度、高分辨率的数值方法,例如有限体积法、有限差分法,并可能涉及高阶插值、激波捕捉等技术。可压缩性引入了压缩功和热传导等新的物理效应,它们对湍流的能量耗散和尺度结构有着深远的影响,我非常希望书中能对这些效应进行深入的分析,并展示如何通过DNS来揭示其机制。例如,书中可能会讨论在不同马赫数下,湍动能的产生、输运和耗散之间的能量平衡,以及熵产生在可压缩湍流中的作用。此外,我也对书中可能涉及的并行计算技术和高性能计算在处理大规模DNS问题中的应用抱有浓厚兴趣。大规模的DNS计算对计算资源有着极高的要求,书中如何指导研究者有效地利用这些资源,将是极其宝贵的经验。总之,这本书无疑为我提供了一个深入理解可压缩湍流DNS的绝佳机会,相信它能为我的教学和科研工作带来新的启发。

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《可压缩湍流直接数值模拟》这本书,第一眼望去,就给人一种学术严谨、内容翔实之感。作为一名流体力学专业的博士生,我一直在寻找一本能够全面而深入地介绍可压缩湍流DNS理论与方法的书籍,而这本书的标题恰好满足了我的需求。我预设书中会从流体力学基本原理出发,系统地介绍可压缩流动的守恒方程,以及如何将这些方程离散化以进行数值求解。尤其重要的是,直接数值模拟(DNS)要求尽可能地捕捉到物理过程中的所有相关尺度,这在可压缩流动中意味着需要克服由激波、膨胀波等引起的强梯度区域所带来的数值稳定性与精度问题。因此,我期待书中能详细介绍各种先进的数值格式,例如高阶有限差分、有限体积、以及谱元素方法等,并讨论它们在处理激波-湍流相互作用等复杂情况下的优势与劣势。可压缩性引入了能量转换和耗散的新机制,例如压缩功和热传导,它们对湍流的能量级串和尺度结构有着重要的影响,我非常希望书中能对这些物理过程进行深入的剖析,并通过具体的数值模拟结果进行验证。书中是否会涉及马赫数对湍流输运、各向异性以及相干结构演化的影响?我也对书中关于大规模并行计算在实现高雷诺数、高马赫数可压缩湍流DNS中的应用充满期待,包括相关的算法设计、效率优化以及性能评估。这本书,无疑将为我的研究提供重要的理论指导和技术支撑,帮助我深入理解可压缩湍流的奥秘。

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对可压缩湍流的计算的初步了解

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专业书籍,不错

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对可压缩湍流的计算的初步了解

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对可压缩湍流的计算的初步了解

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李老师的赠书,其实我早就读完过。昨日的谈话中李老师说他准备对高超声速飞行器发动机湍流进行计算。这种有板有眼一步一步向前的科研态度真的让人动容。我觉得在各个大学的研究生院里,能称得上为好人的导师已经不多,而像李老师,能称得上朴实的博导,估计少之又少矣……

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