粘性流体动力学基础

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出版者:高等教育出版社
作者:陈懋章
出品人:
页数:514
译者:
出版时间:2002-12
价格:45.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787040105872
丛书系列:
图书标签:
  • 流体力学
  • 飞行器
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具体描述

《粘性流体动力学基础》为教育部研究生工作办公室推荐的研究生教学用书,按照工程力学专业粘性流体动力学课程教学要求编著的。

湍流是流体运动的主要形式。《粘性流体动力学基础》在系统阐述粘性流体动力学基本方程组、层流经典理论和流体运动稳定性理论的基础上,着重讲述湍流的物理机制和半经验统计理论以及与计算机发展密切相关的现代湍流工程计算的基本理论,反映了半个世纪以来这一学科发展的主要轮廓,体现了以湍流为主这一编著本书的基本指导思想。

《粘性流体动力学基础》也可用作理工科院校力学等专业本科生教材,并可供有关专业教师、科研人员和工程技术人员参考。

现代计算流体力学:从理论到应用 (非《粘性流体动力学基础》内容简介) 导言:流体动力学的计算革命 在过去的几十年中,计算流体力学(CFD)已经从一个纯粹的学术研究工具,发展成为工程设计、科学探索和工业优化不可或缺的核心技术。本书旨在提供一个全面而深入的视角,探讨现代CFD的理论基础、数值方法、先进模型以及在复杂工程问题中的实际应用。本书的重点是跨越从基本的流体力学方程推导到高保真数值模拟的整个流程,为读者,无论是经验丰富的研究人员还是渴望掌握前沿技术的工程师和研究生,提供一个坚实的知识框架。 第一部分:流体力学基础与离散化准备 本部分首先回顾了理解和建模流体运动所必需的连续介质力学基础。我们不会专注于传统的解析解方法,而是将重点放在如何将这些连续方程转化为可被计算机处理的代数形式。 第1章:流体力学方程组的再审视 本章将系统梳理纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, N-S)方程组在不可压缩和可压缩情况下的形式,并着重讨论其非线性、耦合性和强守恒特性。我们将深入探讨雷诺数($Re$)和马赫数($Ma$)在决定流体行为中的关键作用,并引入控制体积(Control Volume)和控制面(Control Surface)的概念,这是后续数值离散化的物理基础。本章还将对比拉格朗日描述与欧拉描述的优劣,并阐述为什么在大多数工程应用中,欧拉描述配合固定或变形网格的方法占据主导地位。 第2章:空间离散化的核心策略 计算流体力学的核心在于如何有效地离散化偏微分方程。本章将详尽介绍三种主要的离散化技术:有限差分法(FDM)、有限体积法(FVM)和有限元法(FEM)。 有限差分法(FDM): 侧重于在结构化网格上如何构建高阶精度近似,特别是对导数项的中心差分、迎风差分以及边界点的修正格式。 有限体积法(FVM): 作为工程应用中最主流的方法,本章将花费大量篇幅介绍FVM的守恒性保证——即通过积分形式的N-S方程,确保物理量在控制体积界面上的精确通量平衡。我们将讨论通量计算的界面重构,为后续的复杂格式打下基础。 有限元法(FEM): 介绍其基于形函数(Shape Functions)的加权残量法,特别是在处理复杂几何体和结构-流体耦合问题时的优势。 第3章:网格生成与质量评估 数值模拟的成功在很大程度上依赖于网格的质量和适应性。本章不再仅仅讨论如何生成网格,而是深入探讨网格质量对数值误差的影响。我们将量化网格畸变(如偏斜角、长宽比)对对流项离散精度的负面作用。内容将覆盖结构化网格(如笛卡尔、贴体坐标系)、非结构化网格(如四面体、多面体)的生成流程,以及适应性网格加密(Adaptive Mesh Refinement, AMR)和网格重构技术的最新进展,特别是在激波或边界层区域的局部加密策略。 第二部分:求解器算法与湍流建模 本部分是本书的核心,关注如何将离散化的代数方程组转化为稳定、高效的数值解。 第4章:速度-压力耦合算法 N-S方程中速度场与压力的解耦是求解不可压缩流动的核心挑战。本章将详细剖析压力修正方程的推导和实现。 SIMPLE族算法: 从原始的SIMPLE算法出发,深入解析PISO、SIMPLER、以及增强型(如Rhie-Chow插值)如何解决压力场的“泄漏”问题,并讨论其收敛性驱动因素。 压强修正法: 探讨如何利用压力梯度来驱动速度修正,以满足质量守恒约束。 第5章:时间推进(瞬态求解)与稳定性 对于非定常问题的求解,时间步长的选择和时间离散格式至关重要。本章将对比隐式、显式和半隐式格式(如Crank-Nicholson)。我们将量化CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)条件对显式方案稳定性的限制,并讨论在隐式方案中如何通过迭代求解器处理代数方程组的刚性(Stiffness)。 第6章:湍流建模的物理与数值实现 湍流模拟是CFD中最具挑战性的领域之一。本章将避开基础的层流解析,聚焦于三种主要的湍流模拟范式: 雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS): 详述雷诺应力项的建模,重点分析标准 $k-epsilon$ 模型、$k-omega$ 模型及其在近壁面处理上的改进版本(如剪切修正)。还将探讨SST $k-omega$ 模型如何结合两种模型的优势,平衡对数律层和自由剪切流的适用性。 大涡模拟(LES): 探讨如何通过亚格子尺度(Subgrid-Scale, SGS)模型来模拟未解析的小尺度湍流,特别是Smagorinsky模型和动态模型(Dynamic Procedure)的理论基础。 直接数值模拟(DNS): 简要介绍DNS所需的极高分辨率和计算代价,并强调它作为高保真湍流基准数据源的作用。 第三部分:高级主题与前沿应用 本部分将探讨如何将基础CFD技术应用于更复杂的物理现象和工程场景。 第7章:可压缩流与激波捕捉 对于高速流动,密度和压力的变化不再是小扰动。本章将重点讨论捕捉和解析冲击波(Shock Wave)和接触间断的数值技巧。我们将介绍高分辨率格式(如MUSCL、ENO/ WENO 方案),以及它们如何通过限制器(Limiters)函数来保证解的单调性(Monotonicity)和避免数值振荡,同时保持高阶精度。 第8章:多相流与界面追踪技术 工程中大量的流动涉及颗粒、液滴或气泡。本章将系统介绍处理多相流的框架: 欧拉-欧拉(Eulerian-Eulerian): 将两种流体视为连续介质,重点讨论相间动量和能量的传递项。 欧拉-拉格朗日(Eulerian-Lagrangian): 针对稀相或粒子流,如何追踪离散相颗粒的轨迹,并考虑颗粒对连续相的反馈作用。 界面追踪: 介绍水平集方法(Level Set Method)和体积平均法(Volume of Fluid, VOF)在精确描绘自由界面(如液面、气泡形状)上的优势与挑战。 第9章:CFD与其他物理场的耦合 现代工程问题通常是多物理场耦合的。本章将探讨如何实现CFD与其他模拟领域的集成: 流固耦合(FSI): 介绍单向(流体影响结构,但不反作用于流场)和双向耦合(结构形变反馈影响流场)的迭代策略,例如通过使用分区(Partitioned)或单块(Monolithic)求解器。 热流耦合: 讨论涉及传热传质的求解器扩展,包括辐射模型的引入和对复杂材料性质(如温度依赖性)的处理。 结论:面向未来的CFD 本书最后总结了CFD领域当前的趋势,包括对GPU加速的兴趣、机器学习在湍流建模(Data-Driven Turbulence Modeling)中的新兴应用,以及如何将传统CFD与拓扑优化相结合,实现面向性能的自动设计流程。本书旨在为读者提供一个坚实的工具箱,使其能够自信地应对下一代工程挑战。

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读后感

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用户评价

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这本书的书名是《粘性流体动力学基础》,我拿到这本书已经有一段时间了,虽然还没有完全细读,但凭着我多年阅读物理类专业书籍的经验,以及对这门学科的兴趣,我可以说,这本书的整体感觉相当扎实,绝对是为那些真正想深入理解粘性流体动力学原理的读者准备的。首先,从装帧和排版上看,就显得非常用心。纸张的质感很好,不是那种容易泛黄或者显得廉价的材料,厚度也适中,翻阅起来手感舒适。印刷字体清晰,排版布局合理,即使是公式和图表也做得非常精细,这对于学习理解来说至关重要。一些复杂的示意图,比如涡线的形成、边界层的演变,都绘制得非常直观,颜色搭配也恰到好处,能帮助我们快速抓住重点。我特别喜欢它在介绍每一个概念之前,都有一段引言,简要阐述了这个概念的历史背景、重要性以及它在实际中的应用,这使得学习过程不再枯燥,而是充满了探索的乐趣。例如,在讲到纳维-斯托克斯方程的时候,作者并没有直接抛出方程,而是先从牛顿第二定律出发,一步步推导,并且解释了方程中各项物理意义,比如惯性力、压力梯度、黏性力等等,这些细节的讲解,对于初学者来说简直是福音。而且,书中大量引用了经典实验和实际案例,比如航空领域的气流、海洋中的潮汐、工业管道中的流体输送等,这些联系实际的例子,让原本抽象的理论变得生动起来,也更能激发我们思考这些理论的实际价值。我迫不及待地想深入研究其中的案例分析,看看作者是如何将理论应用于解决实际问题的。

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当我第一次拿到《粘性流体动力学基础》这本书时,我就被它厚重而扎实的质感所吸引。这本书的装帧设计简洁而大气,封面上的字体和图案都透露出一种严谨而科学的气息。我是一名资深的研究人员,常年从事与流体力学相关的研究工作,因此对书籍的内容有着非常高的要求。这本书在概念的引入和阐述上,都做得非常出色。它从最基础的流体性质出发,逐步深入到黏性流体的运动方程,再到各种典型的流动现象和分析方法。作者在讲解过程中,逻辑清晰,条理分明,并且充分考虑到了读者可能存在的知识盲点,为每一个关键概念都提供了详细的解释和必要的数学推导。我尤其欣赏书中关于“相似性原理”的章节,这部分内容在实际的工程设计和实验研究中具有极其重要的指导意义,作者不仅阐述了其理论基础,还给出了大量的实例,例如风洞试验的设计和验证,让我对如何利用相似性原理来解决实际问题有了更深刻的认识。书中还对数值模拟方法进行了介绍,这对于现代流体力学研究来说至关重要,让我对如何将数值方法应用于黏性流体问题有了更清晰的了解。我计划将这本书作为我未来研究的重要参考资料,并将其中的理论知识应用到我的实际研究课题中。

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这本书,我可以说是在一个偶然的机会下接触到的,但就是这一瞥,就让我深深地被其内容所吸引。《粘性流体动力学基础》,单从书名来看,就给人一种严谨、深入的感觉,而当我翻开它,特别是阅读了前几章后,更是验证了我的判断。我是一名正在攻读博士学位的学生,研究方向与此领域密切相关,因此对这类书籍有着非常挑剔的眼光。这本书在概念的引入上,做得非常到位。它并没有急于抛出复杂的数学模型,而是先从流体的宏观属性入手,清晰地界定了什么是黏性流体,以及黏性是如何影响流体运动的。作者在解释“黏度”这一核心概念时,没有仅仅停留在定义层面,而是详细阐述了不同类型的黏度(动力黏度、运动黏度),以及它们在不同温度和压力下的变化规律,这对于需要进行精确计算的研究来说,至关重要。书中还对各种流体模型进行了介绍,比如牛顿流体和非牛顿流体,并且给出了它们的数学表达式和典型的应用场景。我特别欣赏书中关于“雷诺数”的讲解,作者不仅给出了它的定义和计算公式,还详细解释了雷诺数在区分层流和湍流中的关键作用,以及它在相似性准则中的重要地位。我非常期待后面章节中关于湍流模型和边界层分离现象的深入讨论,因为这正是我目前研究中急需解决的问题。

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这本书,我可以毫不夸张地说,是我在流体力学领域读过的最令人印象深刻的一本。《粘性流体动力学基础》,虽然书名听起来有些枯燥,但实际内容却充满了科学的魅力和探索的乐趣。我是一名对物理学有着狂热追求的爱好者,尤其喜欢那些能够解释自然界万物运行规律的学科。这本书的开篇就用生动有趣的语言,介绍了流体力学在日常生活中的重要性,比如空气动力学如何让飞机翱翔蓝天,水动力学如何驱动船舶前行,甚至我们呼吸的空气,都离不开流体动力学的原理。然后,作者开始逐步深入到黏性流体的核心概念,比如黏度,他用非常形象的比喻,比如“液体内部的摩擦力”,来解释这个抽象的概念,让我一下子就明白了。我特别喜欢书中关于“流体微团”的运动分析,作者通过引入“速度梯度”和“应力张量”的概念,详细地解释了黏性力是如何产生的,以及它如何影响流体的运动。书中大量的精美插图,让我能够直观地感受到流体运动的复杂性和美妙之处,比如涡的形成和演变,以及湍流的随机性。这本书让我对黏性流体产生了前所未有的兴趣,我甚至开始思考,是否应该学习一些相关的编程语言,来模拟和可视化这些流体现象。

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作为一名在职工程师,我平时的工作经常会涉及到流体相关的设计和分析,虽然不是纯粹的流体力学研究者,但扎实的理论基础是必不可少的。《粘性流体动力学基础》这本书,我在一次同行推荐下购入,并且花了将近一个月的时间来细细品读。这本书的优点实在是太多了,首先,它的理论体系非常完整,从基本的流体性质出发,逐步深入到黏性流体的运动方程,再到各种典型的流态分析,包括层流和湍流。作者在讲解过程中,非常注重物理过程的清晰呈现,而不是简单地堆砌公式。每一个公式的推导,都伴随着对物理含义的深入剖析,以及对相关前提条件的明确说明,这对于我这样需要将理论应用于实际工程的人来说,是非常宝贵的。我特别欣赏书中关于“量纲分析”和“相似性原理”的章节,这部分内容在工程上具有极高的实用价值,可以帮助我们有效地简化问题,并进行模型试验的设计。书中给出的许多实例,都来自于实际的工程应用,比如水翼的升力计算、管道流的阻力分析、以及泵和风机的设计原理等,这些案例都非常有启发性,让我能够将书中的理论知识与我的工作经验联系起来,找到新的解决问题的思路。

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我是一位软件工程师,虽然我的日常工作与流体力学看似无关,但我一直对科学的严谨性和数学的魅力充满兴趣。最近,我偶然在网上看到了关于《粘性流体动力学基础》这本书的介绍,出于好奇,我购买了它。读了之后,我只能说,这本书带给我的惊喜远大于预期。这本书的语言风格非常独特,既有严谨的学术性,又不失流畅和可读性。作者在讲解复杂的流体力学概念时,常常会穿插一些历史故事和科学家的趣闻,这使得学习过程变得更加生动有趣。例如,在介绍“流线”和“迹线”的概念时,作者就引用了笛卡尔的故事,让我对这些抽象的几何概念有了更直观的理解。而且,这本书在数学推导上也做得非常出色。它并没有跳过任何关键的步骤,而是将复杂的推导过程分解成一个个小单元,并且为每个单元都提供了清晰的解释,这使得我这样数学背景不那么深厚的读者,也能够轻松跟随。我特别喜欢书中关于“能量方程”和“动量方程”在黏性流体中的形式,作者通过图形和文字相结合的方式,将这些复杂的方程具象化,让我能够更深刻地理解它们所描述的物理过程。这本书让我对流体力学产生了浓厚的兴趣,我甚至开始考虑是否要在我的业余时间里,学习一些相关的编程工具来模拟流体运动。

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《粘性流体动力学基础》这本书,在我看来,是一本非常值得反复研读的经典之作。我是一名在高校任教的教师,多年来一直在为本科生讲授流体力学课程,因此对教材的选择有着相当高的要求。这本书在内容的深度和广度上都达到了一个很高的水平。它从流体的基本定义出发,系统地阐述了黏性流体的运动方程,包括连续性方程、动量方程(纳维-斯托克斯方程)以及能量方程。作者在讲解这些方程时,非常注重方程的物理意义和推导过程的严谨性,并且为每一个方程都提供了详细的注解,这对于学生理解和掌握这些核心理论至关重要。我尤其欣赏书中关于“边界层理论”的详细阐述。这部分内容在很多教材中都可能被简化处理,但在这本书中,作者却花了大量的篇幅来介绍边界层的产生原因、特征以及相关的解析解和数值解方法。书中还提供了许多典型的边界层问题分析,例如平板上的黏性流,以及圆柱体绕流产生的涡脱落现象,这些都为学生提供了非常好的学习范例。此外,书中大量的图表和示意图,都做得非常精美,清晰地展示了各种流动的现象,例如流函数的概念、势流理论的应用以及黏性流体中的涡结构等,都能够帮助学生更好地理解抽象的物理过程。

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《粘性流体动力学基础》这本书,对我来说,是一次关于流体世界探索的深度之旅。我是一名对物理充满好奇心的爱好者,虽然没有接受过系统的流体力学专业训练,但一直对各种自然现象背后的物理原理着迷。这本书的书名虽然听起来有些学术,但实际阅读起来,却充满了探索的乐趣。作者在开篇就引入了一些引人入胜的流体现象,比如水滴的表面张力、海浪的形成,以及我们日常生活中空气动力学的应用,这立刻就吸引了我。然后,作者从流体最基本的属性——密度、压力、黏度等方面入手,用非常通俗易懂的语言进行解释,并且配合了大量的类比和生活中的例子,比如用蜂蜜和水的黏度对比来解释黏度的概念,让我这种非专业人士也能够轻松理解。我对书中关于“流线”、“迹线”和“涡线”的讲解尤为着迷,作者通过精美的插图,形象地展示了这些概念在流体运动中的形态,让我仿佛亲眼看到了流体在“跳舞”。我特别期待后面关于“纳维-斯托克斯方程”的讲解,虽然我知道这个方程可能很复杂,但我相信在这位作者的引导下,我一定能够对其有一个初步的认识,并理解它在描述黏性流体运动中的重要作用。

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我最近刚开始翻阅《粘性流体动力学基础》这本书,不得不说,这本书给我的第一印象是“沉甸甸”的,不仅是物理意义上的厚重,更是知识内容的扎实感。我是一名在读的研究生,之前对流体力学的基本概念有所了解,但总觉得不够系统深入,尤其是黏性流体这块,常常感到困惑。这本书的出现,简直像是一场及时雨。它从最基础的流体静力学开始,循序渐进地引入了黏性流体的概念,包括黏度、剪切应力等核心要素,并给出了非常清晰的定义和数学描述。让我印象深刻的是,作者在讲解黏度时,不仅仅是给出了公式,还用生动的比喻,比如“内部摩擦力”,让我一下子就抓住了黏度的本质。而且,书中出现的数学推导过程,都非常严谨,每一步的逻辑都很清晰,并且提供了充足的数学背景知识回顾,这对于我这种数学功底不算特别扎实的读者来说,简直太友好了。我不需要额外去找很多数学资料来补充,这本书本身就考虑到了这一点。我尤其期待后面关于边界层理论的讲解,因为这部分在很多工程应用中都至关重要,而我之前的学习常常在这部分止步。看到书中列出的章节目录,对边界层的各种模型和现象都有详细的介绍,我相信这本书能够帮助我建立起一个完整而深刻的理解。

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当我第一次看到《粘性流体动力学基础》这本书的书名时,我的脑海中立刻浮现出那些在黑板上写满复杂公式、在实验室里进行各种测量和计算的场景。这本书的封面设计就带有一种严谨而学术的风格,打开之后,里面的内容更是没有让我失望。我之前对流体力学的基础知识有所了解,但总觉得在黏性流体这一块,掌握得不够深入,很多现象的背后原因也模糊不清。这本书的讲解,就像是一位经验丰富的导师,耐心地引导我一步步揭开黏性流体的奥秘。作者在介绍流体微团运动时,引入了“应变率”的概念,并且详细解释了它与黏性力之间的关系,这一点让我茅塞顿开。书中大量的图示,例如速度梯度、应力张量的可视化,都极大地帮助我理解了这些抽象的概念。我尤其喜欢书中关于“伯努利方程”在黏性流体中的修正部分的讲解,这部分内容在很多教科书中都被简化处理,而这本书则给了我一个更全面的认识。此外,书中还包含了大量的习题,从基础概念的巩固到复杂问题的求解,难度循序渐进,这对于我进行自我检测和提高非常有帮助。我计划利用业余时间,把书中的习题都做一遍,加深对知识的理解和应用。

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看不懂也要看,这才叫痛苦啊

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我还没跨入该界,但是我确定门不止一扇。

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经典 缺货。。。。

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看不懂也要看,这才叫痛苦啊

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看不懂也要看,这才叫痛苦啊

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