Fundamentals of Computational Fluid Dynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Zingg, David W.

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页数:263

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价格:$ 101.64

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isbn号码:9783642074844

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书籍简介：流体力学基础与应用 书名： 流体力学基础与应用 (Fundamentals of Fluid Mechanics and Applications) 作者： [此处可填入作者姓名或留空] 页数： 约850页 定价： [此处可填入定价信息] --- 内容简介： 《流体力学基础与应用》是一本旨在为工程、物理、数学及相关领域学生和专业人士提供坚实理论基础与广泛应用视野的教材。本书的核心目标是系统地阐述流体力学的基本原理、控制方程及其在经典与现代工程问题中的应用方法，强调从基本物理概念到复杂数学模型的转化过程。 第一部分：流体力学基础 本书的开篇着重于流体力学的基本概念和描述工具的建立。 第1章：流体及其性质 本章首先定义了流体，并深入探讨了流体的基本物理性质，包括密度、比重、粘性（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力、气体压缩性和流体静力学所需的基础知识。特别地，本章详尽讨论了粘性的微观起源及其对流体运动的影响，为后续章节引入动量守恒定律奠定基础。同时，本章对流体的热力学性质，如比热容和状态方程，进行了必要的介绍。 第2章：流体静力学 重点阐述了静止流体中的压力分布规律。详细推导了流体静力学基本方程，并将其应用于计算各种容器（如水箱、堤坝）壁面上的总作用力和合力矩。本章还引入了浮力、阿基米德原理以及流体静力学中的平衡分析方法，包括使用测压计测量压力的方法。 第3章：流体运动学 本章从纯粹的运动学角度描述流体运动，不涉及力与能量。引入了拉格朗日（物质点）描述法和欧拉（空间控制体）描述法，并详细解释了物质导数（随体导数）的概念及其物理意义。讨论了流线的概念、迹线和涡线，并分析了流场的运动学特征，如速度梯度、应变率张量以及流体的旋转性。 第4章：流体动力学控制方程 这是全书的核心理论部分。本章基于质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒定律，导出适用于粘性、可压缩、非等温流体的全套微分形式控制方程组。对边界条件（如无滑移条件）的设定进行了严格讨论。此外，本章也推导了积分形式的控制方程，即雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem），并展示了如何用它来分析有限控制体上的宏观物理量变化。 第二部分：经典流场分析 基于前述的控制方程，本部分深入研究了简化模型下的特定流动问题。 第5章：无粘流体的动力学 在忽略粘性（$mu=0$）的假设下，分析欧拉方程。详细推导了著名的伯努利方程，并讨论了其在理想流动（如文丘里管、皮托管）中的应用，包括等熵流动的基本概念。本章还涵盖了不可压缩、无旋流动（势流理论）的基础，并介绍了共形映射法在二维势流问题求解中的初步应用。 第6章：粘性流的层流分析 本章重点研究粘性对流动的影响，特别是在低雷诺数情况下的精确解。详细分析了泊肃叶流动（Poiseuille Flow）——在平板间和圆管中的稳定层流。同时，对库艾特流动（Couette Flow）进行了深入讨论，并分析了边界层理论的雏形——粘性流体在平壁上的入口段流动。 第7章：边界层理论入门 边界层理论是理解实际流动（高雷诺数）的关键。本章介绍了边界层的概念、物理意义及其厚度的估计。重点推导并应用普兰特边界层方程，并通过布拉修斯（Blasius）方程的相似解法，求解了平板上的自相似边界层流动，精确计算了阻力系数。本章也简要介绍了边界层分离现象及其重要性。 第8章：管道中的流动 本章将理论应用于工程实践中最常见的场景之一：管道流动。详细分析了圆管中充分发展流的摩擦损失计算（达西-魏斯巴赫公式）。引入了摩擦因数图（Moody图）的概念，并讨论了相对粗糙度和雷诺数对湍流摩擦因数的影响。此外，本章还涵盖了管道系统中的局部阻力、管件损失和管网的分析方法。 第三部分：高级主题与应用基础 最后一部分将理论提升至更复杂的流动现象和更实用的分析工具。 第9章：可压缩流动导论 本章转向流体密度显著变化的流动，主要针对气体动力学。详细分析了等熵流动，推导了一维可压缩流动的基本关系式。重点介绍了声速、马赫数、以及斜激波和正激波的理论分析，包括其在超音速喷管和膨胀过程中的应用。 第10章：湍流与统计方法 湍流是自然界和工程中最普遍的流动状态。本章介绍了湍流的本质特征（随机性、三维性、各向同性）。重点讨论了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的推导，并引入了湍流模型的基本概念，如零阶模型（如伯格斯-道森模型）和一阶模型（如 $k-epsilon$ 模型的基本思想），强调了湍流对动量和能量输运的影响。 第11章：量纲分析与相似性 本章系统地介绍了量纲分析在工程流体力学中的强大应用。详细阐述了 Buckingham $Pi$ 定理，并指导读者如何通过无量纲化来识别关键的无量纲参数（如雷诺数、马赫数、弗劳德数）。强调了物理相似性原理，为实验设计和模型缩放提供了科学依据。 第12章：流体力学中的数值方法初探 本章为下一阶段的学习做好准备，介绍了流体力学问题的数值求解框架。简要概述了有限差分法、有限体积法以及有限元法的基本思想，并讨论了如何将连续的控制方程离散化。重点放在了如何处理对流-扩散方程的数值稳定性问题，为后续接触计算流体力学（CFD）软件奠定必要的理论基础。 全书特色： 本书的特点在于其严谨的数学推导与直观的物理图像相结合。每章均配有大量经过精心设计的例题，这些例题不仅用于巩固代数和微积分技巧，更重要的是帮助读者理解物理概念的应用场景。同时，书中穿插了丰富的工程实例，从航空航天中的升阻力计算，到水利工程中的水力设计，确保读者能够将理论知识有效转化为解决实际问题的能力。本书不侧重于某一种特定的计算工具，而是专注于建立普适性的物理和数学框架，使读者能够适应流体力学知识的快速发展和工具的不断更迭。

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拿到这本书，我的第一感觉是它相当有分量，不仅仅是物理意义上的，更是知识内容的丰富度。我是一名初涉 CFD 的研究生，对于流体问题的数值模拟有着浓厚的兴趣，但同时也深知其复杂性。我非常希望这本书能够提供清晰的物理背景介绍，包括流体力学的基本概念，如粘性、密度、压力、速度等，以及描述流体运动的守恒定律。在我看来，对这些基本概念的深刻理解是进行任何数值模拟的基础。然后，我期望书中能够详细介绍不同数值方法的推导过程，例如如何从连续的偏微分方程推导出离散的代数方程组，以及各种离散格式（如迎风格式、中心差分格式、全迎风格式）的精度和稳定性分析。此外，对于求解大规模线性方程组的预条件子技术、收敛性判据和误差分析，我也希望能够有深入的讲解。在可视化方面，书中是否会涉及一些常用的后处理工具和技巧，比如速度矢量图、压力云图、流线图等，以及如何解读这些可视化结果，从而提取有用的工程信息，这一点也让我充满期待。能够通过这本书，我希望能构建起对 CFD 方法论的完整认知，并能自主地解决一些简单的流体力学问题。

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这本书的到来，在我心中点燃了对计算流体力学更深层次探索的渴望。我是一名希望在学术研究领域有所建树的学生，CFD 正是我研究方向中不可或缺的一部分。我非常期待书中能够提供一套完整的 CFD 方法论，从基础的物理方程开始，逐步过渡到各种数值离散方法和求解算法。例如，在张量分析和矢量微积分方面，我希望书中能够提供清晰的数学背景介绍，为后续的方程推导打下坚实基础。在稳定性分析方面，我希望书中能够详细讲解 CFL 条件、数值耗散和数值色散等概念，以及它们对计算精度的影响。对于求解大型稀疏线性方程组的迭代法，例如共轭梯度法、广义最小残差法（GMRES）等，我希望书中能够深入讲解它们的原理和收敛性。在数值不确定性量化（UQ）方面，这本书是否会涉及到如何量化 CFD 模拟中的误差和不确定性，这一点也让我非常好奇。此外，我希望书中能够提供一些关于如何并行化 CFD 计算的指导，以及如何利用高性能计算资源来加速模拟过程。最终，我希望这本书能够为我提供进行前沿 CFD 研究所需的理论支撑和方法指导，帮助我独立开展具有创新性的研究工作。

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这本《计算流体力学基础》给我的第一印象是它为我打开了一个全新的视角来看待流体运动。我一直对自然界中流体的现象感到好奇，比如云的形成、河流的奔腾，以及飞机起飞时的气流。这本书的出现，让我看到了用科学和计算的力量去理解和模拟这些现象的可能性。我希望书中能够从最基础的物理原理讲起，比如牛顿力学在流体中的应用，以及能量守恒等概念。然后，我期待它能详细介绍各种数值方法的数学原理，例如如何使用泰勒展开来近似导数，以及如何构建通用的数值求解器。对于边界条件的处理，例如固定壁面、自由表面、周期性边界条件等，书中是否能给出清晰的指导和实例，这一点非常重要。在算法方面，我希望书中能重点介绍一些常用的数值算法，如显式与隐式方法，以及它们在时间积分中的应用。此外，对于计算网格的质量控制和网格无关性研究，我也希望能有所涉及，因为我知道这些都是保证计算结果可靠性的关键步骤。最终，我希望这本书能够让我对 CFD 的核心思想有深刻的理解，并且能够将理论知识转化为实际的模拟能力。

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拿到这本《计算流体力学基础》后，我被它严谨的排版和丰富的目录所吸引。我是一名工业界的工程师，日常工作中经常会遇到需要模拟流体流动的问题，但之前更多的是依赖现成的 CFD 软件。我希望这本书能够填补我在理论知识上的空白，让我更深入地理解 CFD 软件背后的原理。我特别希望书中能够详细讲解不同数值方法的特点，比如有限体积法的通量守恒性质，以及它在离散化方程组时的应用。对于压力-速度耦合问题，例如 SIMPLE 算法、PISO 算法等，我希望书中能够给出详细的推导和解释，理解这些算法的工作流程对于解决实际问题至关重要。此外，在湍流模型方面，我期望书中能够介绍 RANS 模型、LES 模型以及 DNS 模型，并分析它们各自的适用范围和优缺点。对于边界层处理、激波捕捉等复杂流动现象，书中是否能提供有效的数值方法和技巧，这一点也让我充满期待。同时，我也希望书中能够包含一些如何进行网格收敛性研究的指导，以及如何评估计算结果的准确性和可靠性。这本书能否帮助我提升 CFD 分析的深度和广度，成为我解决工程难题的有力工具，是我最看重的。

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当我拿到这本《计算流体力学基础》时，确实被它厚重的体量和严谨的封面设计所吸引。翻开第一页，一股求知欲便油然而生。流体力学本身就是一个充满挑战和魅力的领域，而计算流体力学更是将理论的优雅与计算的强大完美结合，为我们揭示了许多肉眼无法直接观察的物理现象。我尤其期待书中能够深入浅出地讲解流体力学方程组（如纳维-斯托克斯方程）的数值离散方法，比如有限差分法、有限体积法以及有限元法，理解它们各自的优势和局限性。同时，我也希望作者能够详细阐述求解这些离散方程组的迭代算法，像是高斯-赛德尔迭代、雅可比迭代，以及更高级的求解器，比如多重网格法。在网格生成方面，书中是否会包含对结构化网格和非结构化网格的生成技术，以及适应性网格精化的策略，这也是我非常关注的。毕竟，一个好的网格对于计算结果的准确性和效率至关重要。而且，我希望能看到一些实际工程案例的应用，比如翼型绕流、管道流动、多相流等，通过这些案例来巩固理论知识，并了解 CFD 在解决实际问题中的强大能力。这本书能否帮助我从零开始，建立起扎实的 CFD 理论框架，并具备独立进行 CFD 分析的能力，是我对它最深的期盼。

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