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出版者:国防工业出版社

作者:孙承纬等

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-1

价格:32.0

装帧:平装

isbn号码:9787118023367

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• 爆轰物理，经典理论，非理想爆轰
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《流体力学基础与进展》 内容简介： 本书深入浅出地阐述了流体力学的基本原理，并探讨了该领域的前沿研究进展。内容涵盖了从流体的基本概念、性质，到经典流体力学方程组的推导与求解，再到现代流体力学研究中的关键技术和应用。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在为读者建立坚实的流体力学理论基础，并引导其了解该学科的广阔前景。 第一部分：流体力学基础 第一章：流体的基本概念与性质 本章首先定义了流体这一核心概念，阐述了其与固体、气体的区别，重点强调了流体在微观层面上的粘性、连续性等特性。我们将深入探讨流体的密度、比重、粘度（包括牛顿粘性流体和非牛顿粘性流体）、表面张力、压缩性等基本物理性质。通过详细的物理模型和数学描述，读者将理解这些性质如何影响流体的宏观行为。例如，我们将分析粘度对流动阻力的影响，以及表面张力在液体界面现象中的作用。此外，本章还将介绍流体静力学的基础，包括压强的定义、帕斯卡原理以及浮力定律，为后续章节的流动分析奠定基础。 第二章：流体运动学 本章聚焦于描述流体的运动状态，而不涉及引起运动的力。我们将引入描述流体速度场的概念，并详细讲解欧拉描述法和拉格朗日描述法这两种主要的描述手段。通过对流线、迹线和涡线等概念的解析，读者将能够直观地理解流体的运动轨迹和空间分布。本章将重点推导和分析速度梯度张量，并从中引申出速度的散度（代表体积变形速率）和旋度（代表涡量）。通过对这些量进行分析，我们可以识别流体的不同运动模式，例如不可压缩流动、有旋流动和无旋流动。此外，本章还将介绍一些重要的运动学定理，如连续性方程，它反映了质量守恒的原理，并对理解流体的流动模式至关重要。 第三章：流体动力学 本章将引入力学原理，分析驱动流体运动的原因。我们将从牛顿第二定律出发，推导出描述流体运动的两个基本方程：欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。欧拉方程是在忽略粘性效应的理想流体模型下推导的，它简洁地表达了流体微团在压力梯度和外力作用下的运动规律。在此基础上，我们将通过引入粘性力项，推导出更为普遍适用的纳维-斯托克斯方程，该方程是描述真实流体宏观运动的核心方程。本章还将详细讨论伯努利方程，这是一个基于能量守恒原理的重要方程，它在理想不可压缩流体中，将压力、速度和高度联系起来，为解决一系列工程问题提供了强大的工具。我们将探讨伯努利方程的适用条件及其在实际应用中的局限性。 第四章：相似性原理与量纲分析 在复杂的流体流动问题中，直接求解纳维-斯托克斯方程往往十分困难，甚至是不可能的。本章介绍的相似性原理和量纲分析技术，为我们提供了一种通过模型试验来研究复杂流体流动现象的有效方法。我们将阐述几何相似、运动相似和动力相似的概念，以及它们在模型设计中的重要性。在此基础上，我们将系统介绍π定理，这是一个强大的量纲分析工具，能够帮助我们识别影响流体流动问题的无量纲参数。通过将复杂的物理问题转化为一系列更少的无量纲参数之间的关系，我们可以大大简化问题，并指导模型试验的设计和数据的解读。本章将通过大量实例，展示如何运用量纲分析来确定关键的无量纲数，如雷诺数、马赫数、普朗特数等，并解释这些无量纲数在描述不同流动现象中的物理意义。 第五章：粘性流的流动 本章将重点关注粘性流的特性及其带来的复杂性。我们将深入分析层流和湍流这两种主要的流动状态，阐述它们各自的特征、判据（如雷诺数）以及过渡机制。对于层流，我们将详细介绍其在管道中的流动（Poiseuille流）以及在平板上的流动，分析速度分布、剪应力和流动阻力。对于更为普遍存在的湍流，我们将探讨其内在的随机性、多尺度涡结构以及混合特性。本章还将介绍一些描述湍流的方法，包括雷诺平均（RANS）模型及其发展，如k-ε模型、k-ω模型等，并初步介绍大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）等先进的湍流研究手段。此外，我们还将探讨粘性流在实际工程中的应用，如管道流动的阻力计算、翼型绕流的升阻力分析等。 第六章：边界层理论 边界层理论是理解粘性流动的关键。本章将详细阐述边界层的概念，解释在固体壁面附近，由于粘性效应，流体速度从零逐渐过渡到自由流速度的区域。我们将讨论普朗特提出的边界层方程，并展示如何通过近似简化纳维-斯托克斯方程来求解边界层问题。本章将重点分析层流边界层和湍流边界层的特性，包括边界层厚度、剥离以及对流动阻力的贡献。我们将探讨边界层分离的机制及其对流动性能的影响，并介绍一些控制边界层分离的方法。此外，本章还将介绍一些经典的边界层解，如平板边界层解，以及它们在工程计算中的应用。 第二部分：流体力学的前沿与应用 第七章：可压缩流体流动 本章将把讨论范围从不可压缩流体扩展到可压缩流体，即流体的密度不再保持恒定。我们将首先介绍可压缩流动的基本概念，如马赫数，它反映了流体速度与声速之比，并决定了可压缩流动行为的显著差异。我们将分析声速的产生机制，以及波动的传播。本章将重点讨论亚声速、跨声速、超声速和高超声速流动的特性，以及这些流动状态下出现的激波、膨震等现象。我们将推导并分析一系列重要的可压缩流动方程，如奥伊-拉瓦尔喷管方程、斜激波和直激波的计算方法。此外，本章还将初步探讨可压缩流体在火箭推进、超音速飞行器设计等领域的应用。 第八章：多相流体流动 本章将深入研究包含两种或两种以上不同相（如液-液、气-液、气-固、液-固等）的流体流动现象。多相流体流动比单相流体流动更为复杂，因为它涉及到相界面、相间传递（如动量、质量和能量传递）以及相间的相互作用。我们将介绍描述多相流动的常用模型，如欧拉-欧拉模型（双流体模型）和欧拉-拉格朗日模型。本章将讨论气泡流、液滴流、颗粒流、喷雾流等典型多相流动的特征，以及它们在化工、能源、航空航天等领域的广泛应用，例如闪蒸、沸腾、冷凝、颗粒输运、燃烧等。我们将分析相间相互作用力，如曳力、虚拟质量力、升力等，以及它们对整体流动行为的影响。 第九章：计算流体力学（CFD） 本章将介绍计算流体力学（CFD）这一强大的数值模拟工具。CFD利用计算机求解流体力学方程组，为分析复杂流体流动提供了一种有力的手段。我们将阐述CFD的基本原理，包括离散化方法（如有限差分法、有限体积法、有限元法）、数值求解算法（如迭代法、隐式/显式方法）以及网格生成技术。本章将介绍CFD在工程设计中的应用，例如飞机和汽车的空气动力学分析、发动机内部流动模拟、水轮机和泵的设计优化、生物医学领域的血流模拟等。我们将讨论CFD分析的流程，包括前处理（几何建模、网格生成）、求解（数值计算）和后处理（结果可视化与数据分析），并强调理解CFD结果的局限性和不确定性。 第十章：微尺度流体力学 本章将关注在微米或纳米尺度下的流体流动现象，这与宏观尺度下的流动行为存在显著差异。在微尺度下，表面力（如表面张力、毛细力）和粘性力的相对重要性会增加，而惯性力可能变得微不足道。我们将探讨微通道内的流动特性，如毛细管驱动流动、电渗流等。本章将介绍微流控技术在生物医学诊断、化学合成、材料科学等领域的应用，例如微反应器、微传感器、药物输送系统等。我们将分析在微尺度下，如 Knudsen 数等参数对流体行为的影响，以及如何利用这些特性来设计和控制微流体器件。 第十一章：生物流体力学 本章将探讨流体力学在生物系统中的作用和应用。我们将分析生物体内的各种流体流动现象，例如血液在血管中的流动、呼吸道中的气流、细胞内的物质输运等。我们将应用流体力学原理来理解这些过程，例如心脏瓣膜的动力学、血栓形成的机制、浮游生物的运动方式等。本章还将介绍生物流体力学在生物医学工程中的应用，例如人工心脏瓣膜的设计、血管支架的优化、药物递送系统的设计以及生物传感器等。我们将探讨生物流体本身的特殊性，如血液的非牛顿性质以及生物组织的变形性对流动的影响。 第十二章：流体力学的前沿研究方向 本章将展望流体力学领域未来的发展趋势和热点研究方向。我们将讨论一些当前活跃的研究领域，例如湍流的精确模拟与控制、复杂介质（如多孔介质、多孔弹性体）中的流体流动、生物仿生学与仿生设计、等离子体动力学、天体流体力学、流体与结构相互作用（FSI）、新能源领域的流体问题（如风能、潮汐能）以及环境流体力学等。我们将强调跨学科研究的重要性，流体力学将继续与材料科学、化学、生物学、信息科学等领域深度融合，以解决人类社会面临的重大挑战。 本书内容覆盖了流体力学的核心知识体系，并深入探讨了其在现代科学技术中的广泛应用和前沿进展。无论读者是希望构建扎实的理论基础，还是寻求在特定领域深入研究，本书都将提供宝贵的指导和启发。

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这本《应用爆轰物理》的书籍，从我接触到的第一印象来看，它绝不仅仅是一本晦涩难懂的纯理论教材，更像是一本深入浅出、极具实操指导意义的工具书。我的专业领域并非直接与爆炸或冲击波打交道，但对于理解材料在极端条件下的响应机制非常感兴趣。这本书的开篇便着重于基础理论的构建，它并没有急于展示那些令人眼花缭乱的数学公式，而是用非常清晰的物理图像和历史背景，将“爆轰”这个看似遥远的概念拉近到可感知的距离。尤其值得称赞的是，作者在讲解激波传播和物质状态方程时，巧妙地结合了大量的工程案例，比如不同约束条件下的能量释放速率分析，这让抽象的能量转换过程变得具体可量化。我特别关注了其中关于“延迟点火与传播稳定性”的部分，作者的论述逻辑严密，层层递进，从微观的反应动力学模型到宏观的波阵面演化，构建了一个完整的知识体系。阅读过程中，我时常能感受到作者对该领域深厚的积淀，他能准确把握读者在知识链条上可能出现的“卡点”，并提前铺设好解决这些疑惑的路径。对于任何希望在材料科学、高能密度物理或相关工程领域寻求突破的研究人员来说，这本书无疑提供了一个坚实且富有启发性的起点。它不是简单地陈述“是什么”，而是深入剖析了“为什么会这样”和“如何控制它”，这才是真正有价值的学术深度。

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我拿到的这本“应用爆轰物理”，说实话，一开始我对它的期待值是比较保守的，毕竟“爆轰物理”这个领域听起来就充满了高深的专业壁垒。然而，实际阅读体验却带来了一次惊喜。这本书的叙事风格非常具有“工程师的浪漫”，它不沉溺于纯粹的数学推导，而是将大量的篇幅放在了“应用”二字上。我发现它在处理边界条件和非理想爆轰问题时，展现出极高的成熟度。例如，书中对透镜装药设计与波形整形技术进行了详尽的分析，这部分内容对于设计精密冲击源具有直接的参考价值。更让我感到震撼的是，作者似乎拥有将复杂多相流体动力学与化学反应动力学无缝衔接的能力。他们没有将化学反应视为一个黑箱，而是通过详细介绍反应速率常数与温度、压力依赖性的关系，构建了一个多尺度模型。我个人对于书中关于“起爆网络”的设计策略印象尤为深刻，不同于教科书式的理想化模型，这里讨论了实际装药结构中可能出现的缺陷如何影响爆轰波的均匀性和对称性，并提供了相应的修正方法。读完这部分，我感觉自己仿佛站在了一个高精度的实验台上，不仅仅是学习理论，更是在学习如何“掌控”这种巨大的能量释放过程，这种实用主义的视角极大地提升了阅读的粘性。

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这本书的阅读体验是相当“沉浸式”的，如果你对能量密度和材料失效的终极形态感到好奇，那么这本书会让你大呼过瘾。它的语言风格介于严谨的学术报告和富有激情的技术讲演之间，这使得即便是面对复杂的张量分析，读起来也不会感到枯燥乏味。我注意到，作者非常擅长用类比和可视化手段来解释那些难以想象的物理过程。比如，在解释“爆轰产物的等熵膨胀”时，作者通过一个巧妙的类比，将复杂的流体力学过程简化为一个可以直观理解的能量转换流程图。这本书的另一个突出特点是其对“安全与防护”这一应用侧面的关注。它不仅仅教授如何产生爆轰，更重要的是探讨了如何有效地抑制、引导或减缓其效应。书中的章节关于“冲击波的衰减与结构防护设计”部分，提供了大量关于材料吸收能量和结构韧性的设计准则，这些内容对于从事特种工程结构设计的人员来说，简直就是宝贵的实战指南。这本书的深度和广度，完全超越了我对一本特定领域专著的预期。

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对于我个人而言，阅读《应用爆轰物理》更像是一次对基础物理原理的“极限检验”。这本书没有放过任何一个潜在的简化假设，它不断地挑战读者去思考：在极端压力和温度下，我们熟悉的物理定律是否依然以同样的方式运作？作者在处理“热力学与输运过程耦合”时展现出的专业水准令人叹服，他们没有将热传导和粘性耗散视为次要修正项，而是将其纳入了核心控制方程组，这对于精确模拟瞬态过程至关重要。我尤其欣赏书中对“数值模拟方法”的讨论，作者并未深入到代码层面，但却清晰地阐述了不同数值格式（如有限体积法与有限差分法）在捕捉激波间断和接触间断时的优缺点，以及如何通过人工粘性或熵限制器来维持计算的稳定性。这为所有依赖计算模拟进行研究的人员提供了一个极佳的理论背景，让你明白软件输出结果背后的物理合理性所在。总而言之，这本书以一种近乎“残酷的真实”呈现了爆轰现象的本质，它既是理论的殿堂，也是工程实践的蓝图。

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阅读这本《应用爆轰物理》的过程，与其说是学习，不如说是一次对极端物理现象的系统性“溯源”。这本书的结构安排极为精妙，它仿佛遵循着一条从宏观现象到微观机理的逆向工程路径。最吸引我的是其在处理非线性动力学响应方面所展现的洞察力。它并未满足于线性近似，而是深入探讨了当冲击强度超过某个临界点后，物质行为出现的非线性跳变。我特别欣赏作者对于“状态方程”的批判性回顾，他们不仅列举了经典的模型，更重要的是指出了这些模型在处理高熵状态或相变过程中的局限性，并引入了更现代的、基于密度泛函理论的计算方法作为补充。这种对现有知识体系的审视和超越，体现了作者的学术勇气。此外，书中对诊断技术（如激光多普勒测速PTV）在爆轰实验中的应用描述，也极其细致，它清晰地展示了理论模型是如何被实际测量数据所验证、修正和发展的。这本书的价值在于，它搭建了一个坚实的桥梁，连接了纯粹的理论物理和高精度工程测量的前沿。

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