液体火箭发动机燃烧动力学模型与数值计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:202

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出版时间:2011-4

价格:34.00元

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isbn号码:9787118074628

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• 计算力学5
• 航天与宇航科技工程
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好的，这是一份关于《液体火箭发动机燃烧动力学模型与数值计算》一书的详细介绍，内容侧重于该领域内相关主题的深度探讨，但不直接涉及原书的具体章节内容。 --- 书籍简介：先进推进系统中的燃烧现象与计算模拟 导言：聚焦高能燃烧的复杂性 液体火箭发动机作为当前最主要的空间推进手段，其性能的提升在很大程度上依赖于对燃烧室内复杂物理化学过程的深入理解与精确控制。燃烧过程不仅仅是燃料与氧化剂的混合与反应，更是一个涉及多相流、湍流、化学反应动力学以及传热传质的耦合系统。本书旨在全面梳理和探讨液体火箭发动机燃烧室内的动力学机制、先进建模技术以及相应的数值计算方法，为高性能、高可靠性燃烧室的设计与优化提供坚实的理论与工具支撑。 第一部分：燃烧室内的流场结构与湍流特性 液体火箭发动机燃烧室的设计核心挑战在于如何实现快速、稳定且高效的混合燃烧。这要求我们对进入燃烧室的喷注物——通常是高速、多股的液态或气态燃料与氧化剂——在近喷嘴区和主燃烧区的行为有精确的把握。 喷注与混合： 书中首先深入剖析了不同类型喷注器（如同轴式、对冲式、旋流式）的流场结构。重点讨论了液滴雾化、破碎过程的微观机理，以及由剪切层主导的湍流混合过程。如何量化和预测混合效率，是评估燃烧室设计优劣的关键指标之一。湍流模型（如RANS、LES）在描述这种高剪切、高反应性流场中的适用性与局限性，将作为核心内容展开。 化学反应与时空分布： 燃烧不是瞬时的，它在空间上是扩散的，在时间上是受动力学限制的。燃烧室内的温度和组分分布直接决定了发动机的推力效率和热环境。本书将详细阐述如何利用化学反应动力学模型（包括简化模型与详细机制）来捕捉燃烧延迟、火焰传播速度以及污染物生成路径。特别关注贫富区效应（“冷点”与“热点”）对燃烧稳定性的影响。 第二部分：燃烧动力学建模的理论基础 构建准确的数学模型是进行数值计算的前提。火箭发动机燃烧室的建模必须综合考虑流体力学、热力学和化学反应的相互作用。 耦合方程组的建立： 本部分系统梳理了用于描述燃烧室内部流动的基本控制方程，包括连续性方程、动量方程、能量方程以及组分输运方程。针对火箭发动机特有的高马赫数、强化学反应的特点，讨论了在不同物理尺度下（从微观液滴到宏观燃烧室）如何选择合适的近似和封闭手段。 多相流的描述方法： 液体火箭燃烧通常涉及气-液多相流动。本书将详细对比和分析描述多相流体的关键方法论： 1. 拉格朗日方法（Lagrangian Approach）： 主要用于跟踪单个或大量液滴的轨迹、雾化与蒸发过程。重点分析了液滴蒸发模型的准确性，尤其是在高压、高温环境下的修正。 2. 欧拉-欧拉方法（Euler-Euler Approach）： 将燃料和氧化剂视为连续相，适用于描述已经高度雾化的气液混合物。讨论了相间动量、能量和质量传递的建模。 3. 欧拉-拉格朗日混合方法（Euler-Lagrange Approach）： 结合了两者的优势，是目前高精度模拟中常用的范式。如何平衡计算成本与物理准确性是本部分的讨论重点。 燃烧模型选择： 针对湍流反应流，详细阐述了各种燃烧模型，如涡量扩散模型（EDC）、有限速率化学模型（Finite-Rate Chemistry）以及混合速率模型（Mixing-Controlled Models）。不同模型的适用边界和参数敏感性分析是理解模型适用范围的关键。 第三部分：先进数值计算方法与求解策略 有了精确的数学模型，接下来的挑战是如何通过可靠的数值方法将其求解出来，并转化为工程可用的预测工具。 计算流体力学（CFD）基础： 本部分回顾了求解 Navier-Stokes 方程组的常用离散技术，包括有限体积法（FVM）在处理复杂几何和守恒律方面的优势。重点关注在火箭发动机高压、高反应性流场中，如何确保数值格式的稳定性和精度，特别是对激波、火焰面的捕捉能力。 时间推进与收敛性控制： 燃烧过程具有很强的瞬态特征。书中将讨论隐式与显式时间推进格式的选择，以及在求解大规模稀疏线性代数方程组时的预处理技术。对于稳态计算，如何有效地处理化学反应与流动的强耦合导致的非线性问题，是保证计算收敛性的关键。 高保真模拟技术： 随着计算能力的提升，高保真模拟（HFR）技术在燃烧室研究中的作用日益凸显。本书将介绍大涡模拟（LES）在捕捉燃烧室内湍流脉动和混合结构方面的优势，以及如何与详细化学动力学模型相结合（如F-LES或P-LES方法）来预测燃烧不稳定性的潜在根源。 后处理与数据分析： 数值模拟的最终价值在于能否提取出工程上需要的关键参数，如推力系数、比冲、壁面热流密度以及污染物排放水平。本部分将介绍高效的后处理技术，用于分析复杂三维瞬态数据，识别关键物理机制，并建立模型输入与输出之间的清晰关联。 结论：迈向智能设计与控制 液体火箭发动机燃烧动力学研究的终极目标是实现燃烧过程的精确预测、优化和主动控制。本书所介绍的建模与计算方法，是构建下一代先进发动机设计体系的基石。通过对燃烧复杂性的深入剖析与计算方法的系统应用，为科研人员和工程师提供了一套严谨的工具箱，以应对未来深空探索对推进系统提出的更高要求。

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这本书的封面设计简洁而专业，黑底白字的标题透着一股沉甸甸的学术气息。初次拿到这本书，我被其厚重感所吸引，立刻翻开了序言。虽然我并非直接从事火箭发动机的设计与研发，但作为一名对航空航天领域充满好奇的学习者，我一直对那些推动人类探索太空的强大引擎充满敬畏。我尤其关注发动机内部是如何实现如此惊人的能量释放的，而“燃烧动力学”这个词汇，在我看来，正是揭示这一奥秘的关键。当我看到书中详细阐述的燃烧不稳定性、火焰传播以及组分反应等内容时，内心是无比兴奋的。想象一下，在那狭小的燃烧室内，燃料与氧化剂如何以迅雷不及掩耳之势混合、燃烧，产生巨大的推力，这一切的背后，必然有精密的物理化学规律在起作用。这本书的标题暗示了它将带领我深入理解这些过程，从微观的分子运动到宏观的燃烧性能，一步步揭开火箭发动机工作的神秘面纱。我期待它能提供清晰的理论框架，帮助我理解燃烧过程中的关键参数是如何影响发动机效率和稳定性的，例如，燃烧室的几何形状、推进剂的配方、以及喷注的模式等等，这些因素在本书中应该会有详尽的论述，让我得以窥见设计者们是如何在复杂条件下优化燃烧性能的。

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我最近在寻找一本能够系统性地介绍液体火箭发动机燃烧动力学研究的著作，当我偶然看到这本书的目录时，我的目光便被牢牢吸引住了。特别是其中关于“数值计算”的部分，这正是我目前亟需加强的知识领域。在实际的工程应用中，理论计算和模拟预测往往比纯粹的实验更为高效和经济，尤其是在高风险、高成本的航天领域。我非常好奇这本书将如何结合扎实的理论基础，引入各种数值方法来模拟复杂的燃烧现象。例如，它是否会介绍有限体积法、有限元法等在流体力学和传热传质模拟中的应用？又是否会详细讲解如何构建适用于火箭发动机燃烧过程的数学模型，包括守恒方程的建立、湍流模型、化学反应动力学模型等的选择与耦合？更重要的是，我希望能了解书中在数值计算方面是如何处理计算效率和模拟精度的平衡的，毕竟，一个能够快速且准确预测燃烧特性的模型，对于发动机的设计优化和故障诊断具有至关重要的意义。我期望这本书能够提供具体的算法实现思路，甚至是一些代码示例，让我能够将理论知识转化为实际操作，并为我后续更深入的研究提供坚实的基础，甚至对如何利用这些数值计算工具来解决一些实际的工程难题，比如如何抑制燃烧不稳定，如何优化推力性能，书中想必会有一些启发性的论述。

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我一直在寻求能够系统性地梳理液体火箭发动机燃烧动力学理论，并提供实用数值计算方法的参考文献，这本书的标题《液体火箭发动机燃烧动力学模型与数值计算》恰好契合了我的需求。我特别关注书中对于“模型”的构建部分。我期望它能清晰地介绍构建物理模型和数学模型的基本原则和常用方法。例如，在建立燃烧动力学模型时，是否会深入讲解如何选择合适的化学反应机理，如何简化复杂的化学反应网络，以及如何考虑湍流-化学反应相互作用等关键问题？我希望它能够提供一个从基础原理到具体实现的逻辑清晰的框架，让读者能够理解不同模型选择的优劣势，以及它们在不同工况下的适用性。同时，对于“数值计算”部分，我更期待它能够提供具有指导性的内容。不仅仅是介绍通用的数值算法，而是能够聚焦于液体火箭发动机燃烧模拟的特点，例如如何处理高马赫数流动、强化学反应、多相流（如果适用）等复杂问题。我希望能看到书中对数值离散方法、求解器选择、网格生成以及计算后处理等方面的详细阐述，甚至是一些实际算例的演示，让我能够更好地理解如何利用这些计算工具来分析和优化火箭发动机的性能。若书中能涵盖一些关于模型验证与不确定性量化方法的讨论，那就更加完美了，它将帮助我更好地评估模拟结果的可靠性，并为实际工程应用提供更为科学的依据，甚至对于如何通过数值模拟来指导实验设计，减少不必要的试错成本，书中想必也会有一些深刻的见解。

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我是一名对材料科学在极端工况下表现感兴趣的研究者，而液体火箭发动机的燃烧室无疑是材料面临最严苛环境的典型代表。这本书的标题虽然着重于“燃烧动力学”和“数值计算”，但我相信，一个成功的燃烧模型和精确的数值模拟，必然离不开对燃烧室内环境的深刻理解，包括高温高压、强腐蚀性介质以及高速气流的作用。我非常想知道，本书在建立燃烧动力学模型时，是否会涉及到与材料特性相关的考量。例如，在模拟燃烧过程时，如何考虑壁面冷却、材料热负荷以及高温材料的化学腐蚀对燃烧效率和稳定性的影响？书中是否会讨论不同燃烧室材料（如合金、陶瓷复合材料等）在高能燃烧环境下的热力学和动力学行为？此外，我也好奇，在进行数值计算时，是否会引入与材料热物理性质相关的参数，如导热系数、比热容、热膨汗系数等，来更真实地模拟燃烧室内外的传热过程？如果本书能够在这方面提供一些见解，哪怕是间接的，例如通过分析燃烧产物对材料的侵蚀机理，或者模拟不同材料表面温度分布对燃烧反应的影响，都将极大地拓宽我的研究思路，让我能从更宏观和更微观的层面，去理解液体火箭发动机作为一个整体系统，其燃烧过程与材料科学之间的相互作用，以及如何在高负荷环境下保证发动机的可靠性和寿命，书中可能会提供一些关于如何通过模拟来预测材料在燃烧过程中的长期性能的思路。

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我对这本书的期待，更多地集中在其对“动力学”这个概念的深入挖掘上。在我看来，液体火箭发动机的燃烧并非一个静态的过程，而是一个动态演化、不断变化的复杂系统。这本书的标题中“动力学”三字，预示着它将不仅仅停留在描述燃烧的现象，而是会深入分析燃烧过程中能量、质量和动量的传递机制，以及这些机制如何随时间而变化。我非常期待书中能够详尽地阐述燃烧室内火焰的传播速度、火焰结构的演变、以及燃烧产物的形成与逸散等动力学行为。此外，我也对书中可能涉及的燃烧不稳定性问题感到浓厚的兴趣。这种不稳定现象，如激波-燃烧耦合、声波-燃烧耦合等，是导致发动机失效的常见原因之一，而理解其内在的动力学机理，是解决这一难题的关键。我希望书中能够通过理论分析和数值模拟相结合的方式，清晰地解释这些不稳定的诱因、发展过程和抑制方法，例如，书中是否会通过分析燃烧室内不同区域的压力、温度和速度场的瞬态变化，来揭示不稳定的发生机制？又是否会讨论如何通过调整燃烧室设计、推进剂配方或控制策略来主动抑制这些危险的动力学行为？这些问题如果能在书中得到解答，将对我理解发动机的工作特性以及潜在的失效模式具有极大的帮助。

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