HARDY-CROSS法波生流数值解析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国海洋出版社

作者:包四林、西村仁嗣/国别：中国大陆

出品人:

页数:114

译者:

出版时间:2006-1

价格:22.00元

装帧:精裝本

isbn号码:9787502765385

丛书系列:

图书标签:

• 水力学
• 波生流
• 数值方法
• HARDY-CROSS法
• 流体动力学
• 计算流体力学
• 管道流
• 水利工程
• 数值解析
• 工程应用

《流体动力学与数值模拟：原理、方法与应用》 内容概述： 本书旨在全面深入地探讨流体动力学的基本原理，并重点介绍其在现代科学研究和工程实践中日益重要的数值模拟技术。全书共分为五个部分，内容循序渐进，既涵盖了流体力学的理论基础，又详述了数值分析的关键方法，并通过丰富的案例展示了其广泛的应用前景。 第一部分：流体力学基础理论 本部分将从宏观和微观两个层面，系统梳理流体力学的核心概念。 第一章：流体的宏观描述与连续介质假设。 介绍流体的基本性质，如密度、压力、粘度等，并阐述连续介质假设在流体力学中的重要性及其适用范围。探讨流体微元体的概念，以及质量守恒、动量守恒和能量守恒定律如何应用于流体运动的描述。 第二章：流体静力学。 深入研究静止流体中的压力分布规律，包括压强的产生、传递以及与深度的关系。介绍阿基米德浮力定律，并探讨浮力在船舶设计、浮体稳定等工程问题中的应用。分析连通器原理及其在日常生活和工程中的实际应用。 第三章：流体动力学基本方程。 引入描述流体运动的欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。详细推导伯努利方程，并阐述其在理想流体和实际流体中的适用条件与局限性。探讨了不可压缩流体和可压缩流体运动的差异，以及马赫数在描述流体可压缩性中的作用。 第四章：粘性流体流动。 重点研究粘性对流体运动的影响。详细介绍层流和湍流的判据，如雷诺数，并深入分析两种流动状态的特征。探讨边界层理论，解释其在解释流体阻力、传热传质等现象中的关键作用。介绍常见的流动阻力来源，如摩擦阻力和压差阻力。 第五章：流动相似性与量纲分析。 介绍流动相似性的基本原理，包括几何相似、运动相似和动力相似。讲解π定理，并演示如何利用量纲分析简化复杂的物理问题，提取关键的无量纲参数。通过实际例子说明流动相似性在模型试验中的应用，如风洞试验、水槽试验等。 第二部分：数值模拟方法概览 本部分将系统介绍求解流体力学问题的各种数值方法，重点关注其基本原理、优缺点及适用范围。 第六章：有限差分法（FDM）。 介绍有限差分法的基本思想，即用离散的差商来近似微分方程中的导数。详细阐述不同阶数的差分格式，如向前差分、向后差分和中心差分，并分析其精度和稳定性。讲解如何构建求解偏微分方程的差分方程组，并通过简单算例展示FDM的应用。 第七章：有限体积法（FVM）。 详细介绍有限体积法的核心理念，即积分形式的守恒定律在离散控制体积上的应用。阐述FVM如何处理非结构网格，并讨论不同界面通量计算方法，如通量差值分裂（FDS）和黎曼求解器。强调FVM在处理守恒律方程（如Navier-Stokes方程）时的优势。 第八章：有限元法（FEM）。 介绍有限元法的基本原理，将求解域划分为有限个单元，并在单元内用插值函数逼近未知量。详细阐述弱形式的建立、单元方程的组装以及整体方程的求解过程。分析FEM在处理复杂几何形状和边界条件时的灵活性。 第九章：格子玻尔兹曼方法（LBM）。 介绍LBM作为一种新兴的介观尺度模拟方法，其基本思想是通过模拟大量流体粒子的碰撞与迁移来宏观地重现流体行为。阐述LBM的演化方程、松弛模型以及其在处理复杂流动和多相流中的潜力。 第十章：数值方法的稳定性与收敛性。 深入探讨数值方法中至关重要的稳定性与收敛性概念。介绍龙格-库塔法、隐式方法等提高稳定性的技术。讲解Courant-Friedrichs-Lewy（CFL）条件在显式时间积分方法中的重要性。分析不同数值方法在稳定性与收敛性方面的权衡。 第三部分：计算流体力学（CFD）的实现 本部分将深入探讨实际的计算流体力学（CFD）软件开发和应用流程。 第十一章：网格生成技术。 详细介绍结构网格、非结构网格以及混合网格的生成方法。讨论不同网格生成器的特点和适用范围。强调网格质量对计算精度和稳定性的影响，以及网格自适应的必要性。 第十二章：求解器的实现。 介绍求解线性方程组的迭代法（如Jacobi法、Gauss-Seidel法、共轭梯度法）和直接法。阐述求解非线性方程组的Newton-Raphson方法及其变种。探讨压力-速度耦合算法（如SIMPLE系列算法）在求解Navier-Stokes方程中的作用。 第十三章：湍流模型。 鉴于湍流流动在工程中的普遍性，本章将专门介绍各种湍流模型。包括雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模型（如Spalart-Allmaras、k-ε、k-ω模型）、大涡模拟（LES）以及直接数值模拟（DNS）。分析不同模型的适用范围、精度与计算成本。 第十四章：并行计算与高性能计算（HPC）。 随着计算能力的提升，并行计算在CFD中扮演着越来越重要的角色。本章将介绍并行计算的基本概念，如进程与线程。阐述MPI（Message Passing Interface）和OpenMP等并行编程模型。介绍GPU加速在CFD计算中的应用。 第四部分：CFD的应用实例 本部分通过具体的工程案例，展示CFD在不同领域的实际应用。 第十五章：航空航天工程。 模拟飞机翼型绕流，分析升力、阻力系数。研究火箭发动机内部流动与燃烧。预测飞行器在不同速度下的气动特性。 第十六章：汽车工程。 优化汽车外形设计，降低空气阻力，提高燃油效率。分析车身周围的空气动力学效应，改善车辆的稳定性和冷却性能。研究发动机舱内的热管理。 第十七章：环境工程。 模拟城市通风系统，预测污染物扩散。研究河流、湖泊的水流和泥沙输运。分析大气环流和天气模式。 第十八章：生物医学工程。 模拟血液在血管中的流动，研究动脉粥样硬化等疾病的发生机制。设计人工心脏瓣膜，优化其性能。研究药物在体内的输运。 第十九章：能源与化工。 模拟燃气轮机和锅炉内的燃烧过程，提高能量转换效率。优化化工反应器的设计，提高生产效率。研究多相流在化工过程中的应用。 第五部分：前沿进展与未来展望 本部分将对CFD领域的最新研究进展进行概述，并展望未来的发展方向。 第二十章：多物理场耦合模拟。 探讨流体与固体、流体与热、流体与电磁场等耦合问题的数值模拟方法。例如，流固耦合在桥梁、建筑结构中的应用；热流耦合在电子设备散热中的应用。 第二十一章：机器学习在CFD中的应用。 介绍如何利用机器学习技术来加速CFD模拟，如构建降阶模型、湍流模型参数优化、流动预测等。探讨数据驱动方法与传统CFD方法的融合。 第二十二章：未来发展趋势。 展望CFD在更复杂流动、更大尺度模拟、更高精度要求等方面的挑战与机遇。讨论新兴的计算技术（如量子计算）对CFD的潜在影响。 本书力求做到理论严谨，方法实用，案例丰富，适合高等院校相关专业的研究生和高年级本科生，以及从事流体力学研究和工程应用的科研人员、工程师参考。通过学习本书，读者将能够建立扎实的流体力学理论基础，掌握先进的数值模拟技术，并能够将其应用于解决实际工程问题。

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**第四段评价：** 这本书的语言风格，用“内敛而富有张力”来形容最为恰当。它没有那种为了吸引眼球而刻意营造的夸张语气，而是像一位经验丰富的导师，沉着、冷静地引导你进入专业领域。阅读过程中，我明显感觉到作者的学术背景和长期的教学经验在文字中流淌。比如，在解释某个关键假设时，作者会巧妙地穿插一句类似“我们必须警惕……”的提醒，这种语气上的微妙变化，瞬间拉近了与读者的距离，让人感受到一种被引导的尊重感，而不是被强行灌输的压力。唯一的遗憾是，部分插图的清晰度在我的老旧打印机上复印出来后略显模糊，尤其是那些涉及到微小特征的示意图，希望未来再版时能考虑到这一点，提供更高分辨率的电子版配套资源会更完美。

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**第五段评价：** 这本书的知识体系构建是极其宏大的，它仿佛搭建了一个全景式的知识框架，将相关领域的所有重要分支都纳入了考量范围。当我翻阅到关于方法收敛性和稳定性分析的章节时，我意识到这本书的深度已经远远超出了我对一本专业参考书的预期。作者对于数学模型的建立和验证的论述严谨到了近乎偏执的地步，这种对精确性的追求，是衡量一本优秀学术著作的黄金标准。它不是那种可以快速扫读一遍就认为“学完了”的书籍；它更像是一个需要时间去“浸泡”的知识源泉。每一次重读，都会有新的感悟和发现，似乎总能在不经意间捕捉到上次遗漏的细微精妙之处。这本书，无疑是为那些愿意投入时间，追求深度理解的学者和工程师准备的珍贵宝藏。

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**第二段评价：** 我花了整整一个周末的时间来研读这本书的前三章，被其叙事逻辑的严谨性深深折服。作者似乎拥有一种魔力，能将那些原本晦涩难懂的概念，通过层层递进的论述，变得清晰可见。特别是对于基础理论的阐述部分，他没有满足于停留在教科书的表面，而是深入挖掘了其背后的物理意义和数学基础，这一点对于我这种追求“知其所以然”的读者来说，简直是醍醐灌顶。文字的驾驭能力展现了作者深厚的学术功底，那些复杂的公式推导过程，被分解得犹如手工拆装零件一般精细，每一步的衔接都自然而然，毫无突兀感。唯一让我感到略微吃力的地方，是某些跨学科引用的背景知识，虽然作者附带了简短的解释，但对于完全没有相关背景的初学者而言，可能需要借助额外的工具书进行辅助理解，但这或许也是本书旨在服务于进阶读者的一个侧面体现吧。

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**第一段评价：** 这本书的装帧设计简直是一场视觉的盛宴，那种低调中透着深沉的墨绿色封皮，配上烫金的标题字体，拿在手里就能感受到一种知识的厚重感。内页的纸张选用得非常考究，触感细腻光滑，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。我尤其欣赏作者在排版上的用心，大到章节标题的小到脚注的字体，都经过了精心的调整，使得整体阅读体验极为舒适流畅。不过，我也注意到一个细节，就是书脊在多次翻阅后似乎有点难以完全平铺，对于需要对照参考的读者来说，可能需要稍微用力按压一下。但这终究是细节上的瑕疵，瑕不掩瑜，光是这本“硬拷贝”拿在手上的质感，就已经值回票价了。它不仅仅是一本书，更像是一件可以陈列在书架上的艺术品，散发着专业人士的沉静气质。那种沉甸甸的分量，让人觉得作者对内容倾注的心血也同样是“实打实”的。

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**第三段评价：** 从一个长期在工程一线摸爬滚打的工程师的角度来看，这本书的实用价值绝对是毋庸置疑的。它不仅仅是理论的堆砌，而是将理论与实际应用场景紧密地编织在一起。书中的案例分析部分，简直就是一本活生生的“故障排除手册”。那些虚构但又极其贴近真实工程问题的场景设定，配合详尽的计算步骤，让人仿佛置身于项目现场，亲手解决那些棘手的难题。这种“手把手”的教学方式，极大地缩短了知识吸收的周期。我特别欣赏作者在讨论不同数值方法的局限性时所展现出的那种批判性思维，他从不盲目推崇某一种“万能”方法，而是客观地分析了每种方法的适用边界和潜在风险，这对于指导我们在实际工作中进行方法选择至关重要。

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