传输过程数值模拟 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业出版社

作者:

出品人:

页数:263

译者:

出版时间:1998-04

价格:18.00

装帧:精装

isbn号码:9787502421786

丛书系列:

图书标签:

• 研究
• 数值模拟
• 传热学
• 流体力学
• 计算方法
• 工程应用
• 传质
• 热量传递
• 有限元
• CFD
• 传导

《流体动力学前沿：数值计算与应用》 这是一本深度探讨流体动力学数值模拟方法及其广泛应用的书籍，旨在为读者提供一套系统、前沿的流体模拟理论框架与实践指南。本书的重点在于揭示现代计算流体力学（CFD）的核心技术，并将其应用于解决工程和科学领域的复杂问题。 核心内容概述： 本书首先奠定了流体动力学数值模拟的理论基础。它将从流体运动的基本方程——纳维-斯托克斯方程出发，深入剖析其数学特性，包括守恒律、耦合性以及在不同流动状态下的表现。在此基础上，本书将详细介绍将这些偏微分方程离散化为代数方程的各种数值方法。这包括但不限于： 有限差分法 (Finite Difference Method, FDM): 介绍其基本原理、网格构建、差分格式的精度分析（如截断误差）以及稳定性条件（如库朗-弗里德里希斯-莱维条件）。书中会展示如何针对不同的空间导数项（如对流项、扩散项）构建高精度、高稳定性的差分格式，并讨论迎风格式、中心差分、迎风修正差分等经典方法。 有限体积法 (Finite Volume Method, FVM): 强调其在处理守恒律方面的天然优势，特别适合流体动力学问题。本书将详细阐述如何在一个非结构化或结构化网格上对控制方程进行积分，并讨论通量计算的各种技术，如中心通量、通量差分裂、通量向量分裂等。此外，还将涵盖数值积分方法和界面重构技术。 有限元法 (Finite Element Method, FEM): 介绍其在处理复杂几何形状和边界条件方面的灵活性。本书将聚焦于如何在多边形或多面体单元上定义基函数，并推导弱形式方程。同时，会探讨求解线性代数方程组的迭代算法，以及如何在FEM框架下处理非线性问题。 谱方法 (Spectral Methods): 介绍其在高精度计算中的应用，特别是当流动区域几何形状规则且流动行为平滑时。本书将讨论傅里叶谱方法、多项式谱方法（如Chebyshev谱法、Legendre谱法）的原理，以及如何处理边界条件和高阶导数。 在数值离散化方法之外，本书还将深入探讨影响模拟结果准确性和效率的关键要素： 网格生成技术 (Mesh Generation): 详细介绍结构化网格、非结构化网格（三角形、四边形、四面体、六面体）的生成方法，以及网格划分对精度和计算成本的影响。书中会涉及网格优化技术，如网格加密、网格重构以及自适应网格技术（AMG），以应对流动中存在的高梯度区域。 求解器技术 (Solver Technologies): 针对离散化后产生的线性或非线性代数方程组，本书将分类介绍求解方法。这包括直接求解器（如LU分解、Cholesky分解）和迭代求解器（如Jacobi、Gauss-Seidel、共轭梯度法、广义最小残差法GMRES）。同时，还将讨论预条件技术（如ILU、SSOR）如何加速迭代求解器的收敛速度，以及多重网格方法（Multigrid）在提升求解效率方面的潜力。 湍流模型 (Turbulence Modeling): 湍流流动是流体动力学研究的核心挑战之一。本书将系统介绍各种湍流模型，包括： 雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 模型: 详细讲解其基本原理，并深入探讨不同RANS模型的演化和适用范围，如Spalart-Allmaras模型、k-ε模型系列（标准k-ε、重整化群k-ε、Realizable k-ε）、k-ω模型系列（标准k-ω、SST k-ω）以及混合RANS/LES模型。对于每个模型，书中都会分析其假设、优点、缺点以及在不同流动场景下的表现。 大涡流模拟 (LES) 模型: 介绍其基本思想，即直接求解大尺度涡旋，并对小尺度涡旋进行参数化。本书将讨论次网格尺度模型（Subgrid-Scale Models, SGS），如Smagorinsky模型、动态Smagorinsky模型等，并分析LES在捕捉流动瞬态特征方面的优势。 直接数值模拟 (DNS): 阐述其原理，即直接求解Navier-Stokes方程而无需任何模型，并讨论DNS所需的极高计算资源，以及其在基础研究中的重要作用。 多相流模拟 (Multiphase Flow Simulation): 针对包含两种或多种不同相（如气液、气固、液固）的流动，本书将介绍不同的模拟方法。这包括： 欧拉-欧拉方法 (Euler-Euler Method): 将每种相视为连续介质，并求解各自的方程组，适用于连续相之间的相互作用。 欧拉-拉格朗日方法 (Euler-Lagrange Method): 将连续相视为流体，将离散相（如粒子、液滴）视为质点，分别进行处理。 界面跟踪方法 (Interface Tracking Methods): 如Level Set方法、VOF (Volume of Fluid) 方法，用于捕捉清晰的相界面。 应用领域： 本书将理论与实践紧密结合，通过丰富的算例展示流体动力学数值模拟在以下领域的应用： 航空航天工程: 飞机翼型绕流、火箭发动机燃烧室流动、高超声速流动、航天器减速伞展开过程模拟。 汽车工程: 汽车外形空气动力学设计、发动机冷却系统流动、空调系统优化、车轮产生的气流。 能源领域: 风力涡轮机叶片气动性能分析、核反应堆冷却剂流动、燃烧器优化、热交换器设计。 生物医学工程: 血液流动模拟（如血管、心脏瓣膜）、呼吸系统空气动力学、药物输送。 环境工程: 大气污染物扩散模拟、河流和海洋的水流动力学、气象预报。 工业过程: 搅拌器混合过程、管道流动、化工反应器设计、造纸工业。 学习目标： 通过学习本书，读者将能够： 1. 理解流体动力学数值模拟的数学基础和核心算法。 2. 掌握选择和应用合适的数值方法、网格技术和求解器来解决特定的工程问题。 3. 深入了解各种湍流模型及其适用性。 4. 熟悉多相流的模拟技术。 5. 学会如何分析和解读模拟结果，并将其与实验数据进行对比验证。 6. 提升在实际工程项目中应用CFD工具的能力，进行有效的流动设计和优化。 本书旨在成为一本面向研究生、研究人员以及从事相关工程领域的工程师的宝贵参考书。它不仅提供理论指导，更注重实际操作和问题解决，是理解和应用现代流体动力学数值模拟技术的理想读物。

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最近参加了一个行业研讨会，听到不少同行都在讨论使用计算流体力学（CFD）来优化产品设计，提高性能。虽然我个人的工作重心不在模拟这块，但这种趋势让我觉得非常有必要去了解一下背后的技术。搜集资料的时候，偶然看到了《传输过程数值模拟》这本书，光看名字，就觉得它应该涵盖了传热、传质、动量传输等多个领域，而且“数值模拟”这个词，更是直接点出了核心的技术手段。 我一直在思考，现代科学研究和工程设计，越来越依赖于计算机强大的计算能力，而数值模拟正是将复杂的物理过程转化为数学模型，并通过计算机求解的关键。这本书，我希望它能给我一个系统性的介绍，从最基本的物理原理出发，逐步深入到如何建立数学模型，再到选择和应用合适的数值离散方法。比如，对于流体的不可压缩性、粘性等特性，以及热传导的傅里叶定律、对流换热的纳维-斯托克斯方程等等，如果能在书中得到清晰的阐述，并结合如何将其转化为数值形式，那就太好了。 我比较关注的是，这本书会不会在离散化技术上有一些深入的讲解。毕竟，将连续的微分方程转化为离散的代数方程，是数值模拟的核心步骤。有限差分、有限体积、有限元等方法，它们的原理、算法实现上的差异，以及各自在处理不同边界条件、不同物理模型时的优劣，如果能有详细的比较和分析，我会觉得非常有价值。 另外，一个非常实际的问题是，如何验证数值模拟结果的准确性。很多时候，模拟结果的可靠性直接关系到工程决策。这本书如果能介绍一些常用的误差分析方法、网格收敛性研究，甚至是如何与实验数据进行对比验证的策略，那将大大提升它的实用性。毕竟，再强大的模拟工具，如果不能保证其结果的可信度，也难以令人信服。 我理解这本专业书的深度不会浅，但如果它能在理论讲解的基础上，穿插一些经典的应用案例，哪怕是简化的模型，也能让我对数值模拟在实际工程中的应用有一个更直观的感受。例如，模拟一个风力涡轮机的叶片周围的气流，或者是一个化学反应器内的温度分布，这些实际场景的引入，会让我更能理解数值模拟的意义和价值。

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我最近因为工作需要，要接触一些关于材料加工和性能评估方面的内容，发现其中很多环节都与“传输过程”紧密相关。比如，材料在高温下的热扩散、化学成分在固相或液相中的扩散迁移，甚至是在加工过程中流变行为的模拟，都离不开对这些物理过程的理解。而“数值模拟”更是成为了当前解决这些复杂问题的有效手段。 我在寻找相关的书籍时，看到了《传输过程数值模拟》这本书，它的标题非常契合我当下关注的焦点。我希望这本书能够为我提供一个扎实的理论基础，让我理解在宏观层面描述热、质、动量传输的控制方程，例如傅里叶导热定律、菲克扩散定律、牛顿粘性定律等，是如何被建立起来的。更重要的是，我希望能了解这些方程在进行数值求解时，是如何被离散化，转化为计算机可以处理的形式的。 我对数值方法的具体实现细节很感兴趣。比如说，有限差分法是如何通过泰勒展开来近似导数？有限体积法又是如何利用积分形式来保证守恒性的？有限元法在处理复杂几何形状时有何优势？这本书如果能对这些核心的数值离散技术进行深入浅出的讲解，并辅以一些清晰的算法流程图，那将是非常宝贵的。 此外，在材料科学领域，很多时候我们关注的不仅仅是宏观的传输现象，还可能涉及微观结构的影响。我不知道这本书是否会触及到如何将微观机理融入到宏观传输模型的建立中，或者是在网格划分时如何体现材料的微观特征。如果能够在这方面有所涉及，那我将对这本书的价值有更高的期待。 我一直认为，一本好的技术书籍，不仅要讲“是什么”，更要讲“为什么”。也就是说，在介绍某种数值方法或模型时，如果能解释清楚这样做的物理意义和数学原理，以及它在解决特定问题时的优势和局限性，那么读者才能真正理解并灵活运用。我希望这本书能做到这一点，让我不仅能“学会”数值模拟，更能“理解”它。

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这本书的封面设计我倒是挺喜欢的，那种沉静的蓝色调，加上一些抽象的流体纹理，一眼看过去就感觉充满了科学感和深度。我本身是做工程设计的，日常工作中接触的流体动力学问题不少，虽然不直接做数值模拟，但对相关的理论基础一直很感兴趣。我一直想找一本能帮我梳理一下基本概念，并且能了解到一些实际应用的书。 最近在网上看到这本书的推荐，它的标题“传输过程数值模拟”听起来就很有份量，我猜想内容应该会涉及一些基础的物理定律，比如能量守恒、质量守恒、动量守恒等等，然后会讲到如何用数值方法来求解这些方程组。我特别希望它能有一些关于不同数值方法的介绍，比如有限元法、有限差分法、有限体积法，能讲讲它们各自的优缺点，以及在不同类型的传输问题中各自的适用性。 我最感兴趣的部分，其实是如何将这些理论转化为实际的工程问题。比如说，如果我要模拟一个管道内的流体流动，或者一个换热器的热量传递过程，这本书会不会给出一些通用的建模思路？会不会有一些案例分析，让我能看到如何将实际问题转化为计算机可以处理的数学模型，以及如何解读模拟结果。我担心的是，如果只是理论推导，对我来说可能有点枯燥，我更希望它能结合一些实际应用，让我看到理论是如何指导实践的。 我一直觉得，数值模拟最吸引人的地方在于它能让我们“看到”那些肉眼无法直接观察到的过程，比如流体内部的速度分布、温度场的梯度变化等等。如果这本书能在这方面有一些精彩的图示或者案例，那真是太棒了。我希望它能让我理解，为什么模拟出来的结果会是那样，背后的物理机制是什么。 总的来说，我期待这本书能够成为我进入数值模拟领域的一扇窗户，让我对传输过程的数值模拟有一个更全面、更深入的认识。我希望它能给我一些启发，让我知道在未来的工作中，可以如何运用这些工具来解决更复杂的问题，或者至少能让我更自信地与从事数值模拟的同事进行交流。

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最近在学习过程控制和优化方面的内容，很多时候涉及到对系统动态行为的理解和预测。例如，一个反应器的温度响应、一个干燥过程的水分传输、或者一个管道系统的压力波动，这些都属于“传输过程”。而“数值模拟”无疑是研究这些过程最强大的工具之一。 我希望《传输过程数值模拟》这本书能够为我梳理清楚，如何将这些复杂的物理过程，用一套严谨的数学语言来描述。我期待书中能详细介绍控制这些传输过程的基本方程，比如守恒方程（质量、能量、动量）以及本构关系，并且解释清楚这些方程的物理意义，以及它们是如何在不同尺度下（宏观、微观）得到应用的。 在数值方法方面，我希望能对现有的主流技术有一个大概的了解。比如，有限差分法是如何近似导数的，有限体积法又是如何保证离散方程的守恒性的。我并非要深入到算法的每一个细节，但至少要能理解它们的基本原理，以及在处理不同类型的边界条件（如定值边界、通量边界）时，它们各自的特点。 我特别关注的问题是，如何构建有效的计算网格，尤其是在处理具有复杂几何形状或多相流动的场合。一个好的网格划分策略，往往是模拟成功的关键。我希望这本书能在这方面提供一些实用的技巧和指导，让我能够为实际问题建立一个合理的计算域。 另外，对于数值模拟的应用，我希望看到它如何在过程控制和优化领域发挥作用。例如，如何利用模拟结果来预测系统的瞬态响应，从而设计出更鲁棒的控制器；或者如何通过参数化研究，找到使产品质量最优、能耗最低的工艺条件。如果书中能包含一些这方面的讨论，那将大大提升它的启发性。 我希望能通过这本书，对传输过程的数值模拟有一个系统性的认识，并能初步掌握如何将其应用于解决实际的工程问题，尤其是在过程控制和优化领域。我期待它能让我看到，如何将抽象的数学模型转化为对实际过程的深刻理解和有效的干预手段。

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最近在思考如何更有效地提升工业生产过程的效率和稳定性，了解到数值模拟在优化工艺参数、预测设备性能方面扮演着越来越重要的角色。作为一名长期在生产一线工作的工程师，我深知理论知识的重要性，但更希望能看到与实际生产紧密结合的应用。因此，《传输过程数值模拟》这本书吸引了我。 我期望这本书能够帮助我理解，那些在生产现场经常遇到的复杂现象，比如锅炉内的燃烧传热、化工管道中的多相流，或者连续介质中的应力应变行为，是如何通过一套数学模型和数值方法来被模拟和预测的。我特别希望它能介绍一些常见的“传输过程”，例如动量传输（流体流动）、能量传输（传热）、质量传输（传质），以及它们在不同工业场景下的具体表现形式。 对于数值模拟部分，我希望它能给我一个初步的认知，了解基本的数值离散方法，比如差分、体积、元等，以及它们各自的核心思想。我不需要成为一个模拟专家，但我希望能够理解为什么需要这些方法，它们的基本原理是什么，以及在选择哪种方法时需要考虑哪些因素。我尤其关心的是，如何将复杂的、不规则的工业设备几何形状，通过网格划分转化为计算机可以处理的模型。 此外，我非常看重模拟结果的解释和应用。很多时候，技术报告中的模拟数据非常多，但如果不能清晰地解读出这些数据背后所蕴含的工程意义，那这些数据就失去了价值。我希望这本书能提供一些指导，关于如何分析模拟结果，如何识别潜在的误差，以及如何利用这些结果来指导实际的工艺改进或设备设计。 如果这本书能够提供一些具体的、与工业生产相关的案例研究，那将是极大的帮助。例如，通过模拟来优化某个反应器的停留时间分布，或者评估不同绝热材料对设备表面温度的影响。这类实际的例子，能够让我更直观地感受到数值模拟在解决实际工程问题时的力量。

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