炼钢中的计算流体力学 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:冶金工业出版社

作者:李宝宽

出品人:

页数:270

译者:

出版时间:1998-04

价格:18.00

装帧:平装

isbn号码:9787502421847

丛书系列:

图书标签:

计算力学5
计算流体力学
炼钢
冶金
数值模拟
传热传质
湍流
有限体积法
CFD
钢铁工业
过程优化

下载链接在页面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 复制链接

想要找书就要到小美书屋

book.quotespace.org

立刻按 ctrl+D收藏本页

你会得到大惊喜!!

具体描述

内容简介

本书着重阐述了炼钢过程中流体流动现象的数值计算方法。全书分三部分，即流动理

论、数值方法和应用技术。前三章介绍了描述流体流动现象的基本方程和湍流模型。第四

至第七章介绍了基本的计算流体力学方法，其中以压力修正法为主，阐述了流体流动方程

的离散化方法、迭代算法和涉及的其他相关问题。第八至第十一章介绍了计算流体力学方

法在模拟炼钢中传输现象的应用技术，包括复杂装置的处理、与电磁场的耦合及多相流动

模拟等。

本书可作为冶金、化工和热能等专业的研究生、高年级本科生的教学用书，也可作为

从事此方面研究的科研工作者的参考书。

现代制造业的数字化转型：基于数字孪生的智能制造系统构建与优化作者：行业资深专家及多位高校研究人员页数：约 850 页定价：人民币 198.00 元 --- 内容简介本书全面深入地探讨了当前全球制造业升级转型的核心驱动力——基于数字孪生（Digital Twin, DT）技术的智能制造系统构建、实施与优化策略。在工业 4.0 和更高级别制造范式的背景下，传统的基于物理模型的仿真和控制方法已难以应对日益复杂的生产环境、高度定制化的产品需求以及对效率和柔性性的极致追求。本书旨在为工程技术人员、系统集成商、企业决策者以及相关专业的研究生和本科生，提供一套系统化、理论与实践相结合的数字孪生方法论和实施指南。全书结构严谨，内容涵盖了从理论基础、关键技术栈到实际应用案例的完整链条，尤其侧重于跨域数据的融合、多尺度模型的协同工作以及数字孪生在全生命周期管理中的赋能作用。 --- 第一部分：智能制造与数字孪生的理论基石 (约 220 页) 第一章：工业 4.0 与智能制造的演进脉络本章首先回顾了自动化、信息化到智能化的三次工业革命浪潮，明确了智能制造的核心特征——互联互通、数据驱动、自主决策和柔性适应。重点阐述了智能制造系统（IMS）的层次化架构，从底层感知执行层（OT）到中层信息集成层（IT），再到上层的决策支持层，为理解数字孪生在其中的定位奠定了基础。同时，对 C2M (Customer to Manufacturing) 模式的兴起与挑战进行了分析。第二章：数字孪生的概念、架构与内涵这是全书的核心理论章节。详细界定了数字孪生的定义，区别于传统仿真模型和虚拟现实（VR/AR）的根本差异在于实时同步性、双向交互性和生命周期伴随性。本书提出了一种“五维一体”的数字孪生架构模型，包括：物理实体、虚拟模型、连接机制、数据模型和应用服务。深入剖析了数字孪生模型在不同粒度（部件级、设备级、产线级、工厂级）上的建模需求和特性差异。第三章：支撑数字孪生的关键技术栈本章聚焦于实现数字孪生的核心技术支撑。详细介绍了工业物联网（IIoT）在数据采集、边缘计算中的作用，特别是对 TSN (Time-Sensitive Networking) 在保证实时数据传输可靠性方面的应用。同时，深入探讨了高保真建模技术，包括基于 CAD/CAE 模型的集成、实时反馈机制的构建，以及云计算、边缘计算和雾计算在数据处理和模型运行中的协同策略。第四章：数据模型与语义互操作性数字孪生的有效性高度依赖于数据的一致性和语义清晰度。本章探讨了工业本体论在构建跨系统、跨企业数据标准中的重要性。介绍了主流的数据描述语言和知识图谱技术，如何用于定义设备的状态、功能和行为，实现不同模型之间的语义互操作，确保信息在物理世界和虚拟世界间无损传递和正确理解。 --- 第二部分：数字孪生模型的构建与集成 (约 300 页) 第五章：多物理场耦合建模技术在孪生体构建中的应用本章侧重于高精度虚拟模型（Digital Model）的构建方法。超越单一物理场分析，重点阐述了如何集成结构力学、热力学、流体力学和电磁学等多物理场模型，以应对复杂工业过程（如精密加工、复杂装配过程中的温度场与应力场交互）。详细对比了基于第一性原理的机理模型与基于数据驱动的黑箱模型在孪生体中的融合策略。第六章：实时数据采集、清洗与映射描述了如何构建一个高频、低延迟的数据管道。涉及传感器选择、数据预处理（如去噪、插值、异常值检测）的关键算法。重点讨论了状态估计与滤波技术（如卡尔曼滤波、粒子滤波）在处理传感器噪声和不确定性，从而准确、实时地将物理实体状态映射到虚拟模型中的技术细节。第七章：模型同步与反馈控制机制这是数字孪生区别于离线仿真的核心所在。本章详述了同步机制的设计，包括事件驱动同步、时间步长同步的权衡。更进一步，深入探讨了闭环反馈控制的实现，即如何利用虚拟模型中预测的结果（例如设备即将发生的故障、工艺参数的优化结果）驱动物理实体进行实时调整和优化，实现“虚实相生”。第八章：基于云计算与边缘计算的分布式孪生架构讨论了数字孪生在不同计算层级的部署模式。边缘侧（Edge）主要负责高频、低延迟的数据处理和本地控制，而云侧（Cloud）则承担大规模历史数据存储、全局优化算法（如遗传算法、深度强化学习）的运行以及跨工厂的资源调度。重点分析了数据安全和模型版本管理在分布式架构中的挑战与解决方案。 --- 第三部分：数字孪生的应用场景与优化实践 (约 330 页) 第九章：产品全生命周期数字孪生 (PLM-DT) 本章探讨数字孪生如何贯穿设计、制造、使用和维护的完整生命周期。在设计阶段，用于快速迭代和虚拟验证；在制造阶段，用于工艺优化和质量控制；在使用阶段，用于性能监控和预测性维护。详细介绍了“数字主线”（Digital Thread）的构建，确保设计意图和制造实现之间的连续性追踪。第十章：预测性维护与健康管理 (PHM) 这是数字孪生在工业领域最成熟的应用方向之一。详细阐述了如何利用孪生体对设备关键部件的剩余使用寿命 (RUL) 进行精确预测。讨论了基于疲劳模型、磨损模型与深度学习模型相结合的混合预测方法，以及如何通过孪生体模拟不同维护策略（如定期维护 vs. 状态检修）的成本效益。第十一章：生产线与工厂级别的调度优化本章关注宏观层面的优化。通过构建产线级数字孪生，模拟不同的生产计划、资源分配和物流路径，以应对突发事件（如设备故障、紧急订单）。介绍了基于强化学习的自适应调度策略，使生产系统能够在复杂约束条件下，实时调整生产顺序，最大化吞吐量和资源利用率。第十二章：质量控制与工艺参数的虚拟调试讨论了数字孪生如何用于虚拟调试 (Virtual Commissioning) 复杂自动化产线，在物理设备安装前发现并修复控制逻辑错误。在质量控制方面，重点介绍了如何通过孪生体实时关联输入工艺参数与最终产品质量数据，构建“质量预测模型”，实现对潜在缺陷的提前预警和参数自适应修正，极大减少试错成本。 --- 第四部分：实施挑战与未来展望 (约 100 页) 第十三章：数字孪生实施中的组织、标准与安全挑战本章务实地探讨了企业在采纳数字孪生过程中面临的非技术性障碍，包括跨部门协作的壁垒、高昂的初期投入、人才培养的紧迫性。同时，深入分析了数据安全、模型知识产权保护以及跨供应商的数据接口标准化等核心挑战。第十四章：面向自主学习与演化的未来数字孪生展望数字孪生的前沿发展方向，包括自适应孪生体 (Evolving DT) 的概念，即孪生模型能够根据新的运行数据和环境变化，自动更新和重构自身结构。探讨了量子计算对复杂系统建模的潜在影响，以及数字孪生在实现完全自主工厂中的终极愿景。 --- 适用对象工业自动化、机械工程、控制科学、计算机科学等相关专业的本科生、研究生及教师。制造企业中的系统架构师、生产工程师、设备维护专家和 IT/OT 部门的技术骨干。从事工业软件、传感器、工业互联网平台开发的研发人员。 --- 专家推荐 “本书系统性地梳理了数字孪生的全景图，从底层数据采集到顶层决策优化，提供了极具参考价值的工程化指导。其对‘五维一体’架构的阐述，清晰地指明了下一代智能制造系统的发展方向。” —— 某国家级智能制造研究中心主任 “内容深入浅出，理论与实践紧密结合，尤其在实时同步机制和跨域数据融合方面的论述，对于一线工程师解决实际问题大有裨益。” —— 某跨国重工集团技术副总裁

作者简介

目录信息

目录
1绪论
1.1热流体流动过程的重要性
1.2研究方法
1.2.1实验研究
1.2.2理论分析
1.2.3数学模拟
1.2.4数学模拟的本质
1.3本书的目的
参考文献
2描述热流体流动现象的基本方程
2.1问题的分类及数学表达
2.1.1变量ρ
2.1.2变量ΓΦ
2.1.3源项SΦ
2.1.4两相流问题
2.2适定性问题和求解条件
2.3正交曲线坐标系中的基本量
2.3.1一般正交曲线坐标系
2.3.2正交曲线坐标系中的运算子
2.4正交曲线坐标系中的基本方程
2.4.1连续性方程
2.4.2运动方程
2.4.3能量方程
2.5正交曲线坐标系下规范型流动方程
2.5.1规范型连续性方程
2.5.2Naiver－Stokes方程
2.5.3k－ε双方程湍流模型
2.5.4温度场的数学描述
2.5.5浓度场的数学描述
参考文献
3湍流模型理论
3.1引言
3.2模拟的原则
3.3雷诺应力模型（微分模型 RSM）
3.3.1雷诺应力方程与k方程的模型
3.3.2ε方程的模型
3.3.3uiθ方程的模型
3.4代数应力的模型（k－ε－A模型，ASM）
3.5二方程模型涡粘性模型，k－ε－E
3.5.1Jones&Launder（1972）模型
3.5.2RNGk－ε湍流模型
3.6一方程模型（k方程模型）
3.7双尺度二阶湍流模型
3.8湍流模型评价
参考文献
4区域离散化及建立离散方程的方法
4.1热流体流动现象控制方程的守恒性质
4.2空间区域的离散化方法
4.3泰勒（Tayl0r）级数展开及多项式拟合法
4.4控制容积积分法及平衡法
4.5差分方程的相容性、收敛性及稳定性
4.6离散方程的守恒特性
参考文献
5对流－扩散方程的差分格式
5.1中心差分与迎风差分
5.2混合格式与乘方格式
5.3五种三点格式系数特性的分析
5.4二阶迎风格式与QUICK（奎克）格式
5.5正交曲线坐标系下三维对流－扩散差分方程的推导
5.5.1控制方程的积分形式
5.5.2控制方程的差分形式
参考文献
6求解热流体流动问题的压力修正法
6.1流场控制方程及数值求解中的困难
6.2交错网格及动量方程的离散
6.3求解Navier－Stokes方程的压力修正算法
6.4SIMPLE算法的计算步骤
6.5SIMPLE算法的讨论
6.6SIMPLE算法的发展与改进
6.6.1SIMPLER算法
6.6.2SIMPLEST算法
6.6.3SIMPLEC算法
6.6.4SIMPLE的戴特（Date）修正方案
6.7边界条件
6.7.1壁面速度边界条件
6.7.2壁面函数
6.7.3其他标量的边界条件
6.7.4流动边界
6.8求解代数方程的迭代法
6.8.1TDMA算法
6.8.2点迭代法
6.8.3块迭代法
6.8.4交替方向块迭代法
6.8.5加速迭代解法收敛速度的块修正技术
参考文献
7求解热流体流动问题的其他方法
7.1强制对流的涡量－流函数法
7.2涡量－流函数法边界条件的确定
7.2.1入口边界
7.2.2中心线上
7.2.3固体边界
7.2.4出口边界
7.2.5尖角点上的ε值
7.3自然对流换热过程的涡量－流函数法计算
7.3.1数学模型
7.4自由边界流体流动的处理方法
参考文献
8复杂几何装置的处理方法
8.1阶梯网格法
8.2利用阶梯网格法处理电弧炉熔池倾斜壁
8.2.1数学模型
8.2.2计算方法
8.2.3物理模型
8.2.4结果与讨论
8.3保角变换法
8.3.1保角变换的基本概念
8.3.2单位圆中心点变换到任意圆的偏心点
8.4适体坐标的网格生成
8.4.1微分方程法生成适体坐标原理
8.4.2控制方程向计算平面转换的基本关系式
8.4.3控制方程的离散及求解
8.4.4采用偏微分方程法进行网格坐标变换的实例
8.5计算平面上的SIMPLE算法
8.5.1控制方程的离散
8.5.2计算平面的SIMPLE算法
8.6利用适体坐标网格计算底吹钢包内钢液流场
8.7空度技术在模拟复杂几何装置内流动现象的应用
8.7.1空度的概念
8.7.2实施方法
8.7.3算例
参考文献
9电磁流体力学在连铸中的应用
9.1电磁力的作用
9.2连铸结晶器电磁制动过程的数学模型
9.2.1磁场的计算
9.2.2流场的计算
9.2.3电磁力的计算
9.2.4边界条件及算法
9.2.5冲击强度的确定
9.3区域制动时结晶器内流场模拟
9.4电磁制动法缩短钢坯过渡段的数值模拟
9.5双区制动对板坯连铸结晶器流场的影响
9.6薄板坯连铸结晶器内钢液流场电磁制动的模拟研究
9.6.1数学模型
9.6.2物理模型实验
9.6.3数值模拟结果
参考文献
10多相流动的数值模拟
10.1多流体模型
10.2底吹钢包内气液两相流的数值模拟
10.2.1气液两相流数学模型
10.2.2初始条件和边界条件
10.2.3数值计算步骤
10.2.4结果与讨论
10.3均相流模型
10.4粒子在流体中的运动
10.4.1粒子运动轨迹方程
10.4.2铁锰合金颗粒在底吹钢包内的运动分析
10.4.3双区制动情况下板坯连铸结晶器内夹杂物运动的轨迹
参考文献
11计算流体力学在炼钢中的应用和发展
11.1引言
11.2计算流体力学应用于炼钢中所面临的问题
11.2.1边界条件
11.2.2模拟软件
11.2.3材料的物性数据
11.3计算流体力学在炼钢中的应用和发展概况
11.3.1钢包精炼过程数学模拟
11.3.2连铸结晶器过程数学模拟
11.4计算流体力学的作用
11.5结束语
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的，不仅仅是技术知识的增长，更是一种对工程科学魅力的全新认知。我最初被它吸引，是因为它将“计算流体力学”这样一个看似抽象的学科，与“炼钢”这样一个古老而又重要的工业过程联系在了一起。阅读过程中，我发现作者在这本书中巧妙地平衡了理论的严谨性和实践的指导性。在讲解CFD的基本理论时，作者并没有采取“填鸭式”的教学方法，而是通过生动的比喻和形象的图示，将复杂的数学模型和物理概念变得触手可及。我仿佛看到了作者在实验室里，一遍遍地进行模拟实验，然后将那些珍贵的经验和洞察，毫无保留地呈现在我的面前。书中关于“网格划分策略”的讨论，让我深刻理解了不同网格类型和尺寸对模拟结果精度的影响，以及如何根据具体的炼钢工艺特点来选择最优化的网格方案。而关于“边界条件设置”的详尽解析，更是直接解决了我在实际应用中常常遇到的困惑。更让我印象深刻的是，作者在探讨CFD在炼钢中的应用时，并没有停留在“模拟”层面，而是进一步深入到“优化”和“控制”，展示了如何利用CFD的结果来指导实际生产，实现工艺流程的改进和创新。这本书让我看到了CFD技术强大的解决实际问题的能力，也让我对工程科学的未来发展充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够将复杂科学原理转化为实际应用的书籍情有独钟，而这本《炼钢中的计算流体力学》正是这样一本杰作。它并没有回避CFD的数学和物理基础，但却以一种极其清晰和易于理解的方式呈现出来，并将其完美地融入到炼钢这个具体而又庞大的工业体系中。我尤其惊喜地发现，作者在介绍CFD的基本概念时，充分考虑到了读者的背景，他并没有假设读者已经是CFD领域的专家，而是从最基础的方程组开始，逐步引导，让你在不知不觉中掌握了CFD的核心思想。书中关于“湍流建模”的章节，我感觉是最具启发性的部分之一。作者并没有简单地罗列几种湍流模型，而是深入分析了不同模型在描述炼钢过程中不同尺度湍流行为时的适用性，并给出了如何选择最合适的模型来获得准确模拟结果的建议。这对于任何想要将CFD应用于实际工程问题的人来说，都具有极高的价值。此外，书中对CFD在预测钢水纯度、优化电磁搅拌、控制连铸过程等方面应用的详尽介绍，更是让我看到了CFD技术在提升炼钢效率、保障产品质量方面的巨大潜力。这本书不仅是一本技术指南，更是一次关于如何用现代科学工具解决工业难题的深度探索。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的深度和广度都超出了我的预期。我原本以为它会是一本偏重于理论推导的书籍，但实际阅读下来，却发现它更像是对CFD在现代炼钢实践中应用的百科全书。作者在梳理CFD基本原理时，选择了最贴合炼钢工艺的切入点，例如，在讲解数值离散方法时，他会立刻将其与炼钢过程中流体运动、热量传递等物理现象联系起来，让你在理解抽象概念的同时，也能直观地感受到它们在实际应用中的重要性。我非常欣赏书中关于“多物理场耦合”的章节，它详细阐述了如何在CFD模型中整合流体动力学、传热学、化学反应动力学等多个学科的知识，以实现对炼钢过程更全面、更准确的模拟。这种跨学科的整合能力，正是现代工程模拟的核心所在。而且，作者在探讨不同模拟方法的优缺点时，不仅给出了理论依据，还结合了大量的实际案例，分析了不同方法在应对特定炼钢问题时所表现出的效率和精度。这对于读者选择合适的模拟工具和方法，具有极高的指导意义。读这本书，我感觉自己仿佛置身于一个现代化的炼钢厂，通过CFD的“眼睛”，观察着每一个环节的精细运作，感受着科技如何让这个古老的行业焕发出新的活力。这本书无疑为我提供了一个理解和应用CFD技术在工业领域解决复杂问题的绝佳视角。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，真正的技术书籍，不应该只是冷冰冰的教科书，而应该是一扇窗，一扇能让我们窥见行业前沿、洞察发展趋势的窗。这本《炼钢中的计算流体力学》恰恰做到了这一点。虽然书名听起来有些专业，但阅读过程却充满了启发性。作者在介绍CFD理论基础时，并没有像许多同类书籍那样枯燥乏味，而是巧妙地将其与炼钢的具体场景相结合，用生动的语言和清晰的逻辑，层层递进地阐述了CFD是如何帮助我们理解和控制炼钢过程中错综复杂的物理化学过程的。我尤其欣赏书中关于“过程理解”的强调。他不仅仅是教我们如何“计算”，更重要的是教我们如何“理解”计算结果的物理意义，如何通过CFD模拟来揭示那些肉眼无法直接观察到的现象，例如熔池中的流场分布、杂质的去除机制、以及温度场的均匀性等等。这些对于提升炼钢工艺的精准度和效率至关重要。书中对不同模拟软件的优劣势分析，以及模型构建的细节探讨，都非常实用，让我在理论学习的同时，也能为实际操作打下坚实基础。我感觉作者像一位经验丰富的导师，循循善诱，引导我一步步深入探索CFD在炼钢领域的应用奥秘。这本书不仅为我打开了CFD技术的大门，更让我看到了数字化技术在推动传统工业升级换代中的巨大潜力，这种前瞻性的视角让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的光辉，远不止于标题所暗示的那些冰冷的数据流和湍流模型。我怀着一份对技术革新和制造业未来的憧憬翻开它，却惊喜地发现，它像一位经验丰富的老工匠，在细致入微地讲述着一门古老艺术如何在现代科技的浪潮中焕发生机。作者并非仅仅罗列公式和算法，而是巧妙地将计算流体力学（CFD）的精髓，编织进了炼钢这一复杂而迷人的生产过程之中。我仿佛看到了炽热的钢水在模拟环境中翻滚，看到了冷却过程中的细微变化，甚至能“听”到那金属凝固时的低语。书中关于湍流模型选择的详尽分析，以及不同模型在模拟高炉、转炉、连铸等关键环节时所展现出的差异和优势，都让我对CFD的强大能力有了更深层次的认识。那些关于网格划分、边界条件设置的讨论，更是如同给初学者指明了方向，避免了在实践中可能遇到的无数陷阱。更让我着迷的是，作者并没有止步于理论的陈述，而是通过大量实际案例的分析，生动地展示了CFD在优化工艺参数、提高产品质量、降低能耗和排放等方面所发挥的关键作用。读完后，我不仅对炼钢过程有了更宏观的理解，更深刻地体会到了数字化模拟技术如何赋能传统工业，推动其向智能化、绿色化转型。这是一本真正能引发思考、激发实践的书，它让我看到了技术进步的无限可能，也让我对未来工业发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆