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《机械工程材料工艺学》为中等专业学校教材，主要内容包括材料的机械性能、金属及合金的晶体结构与结晶、铁碳合金、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属及其合金、非金属材料和焊接等。《机械工程材料工艺学》主要作为中等专业学校工科非机械类专业、机械维修类专业教材，也可供有关工程技术人员参考。
现代计算流体力学：理论基础与工程应用 本书简介 《现代计算流体力学：理论基础与工程应用》 是一部全面、深入探讨计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）核心理论、数值方法及其在现代工程领域广泛应用的专业著作。本书旨在为研究生、高年级本科生以及从事航空航天、汽车、能源、环境科学等领域研究与开发的工程师和科研人员，提供一个从基本物理原理到复杂数值实现的完整知识体系。 内容结构与深度： 本书结构严谨，内容覆盖面广，从流体力学和数学基础入手，逐步深入到先进的数值求解技术，并结合大量实际工程案例进行剖析。全书共分为五大部分，二十章，总计约七十万字。 第一部分：流体力学与数学基础（第1章至第5章） 本部分旨在巩固读者对流体力学基本守恒定律的理解，并介绍求解这些方程所需的数学工具。 第1章：流体动力学基本概念回顾 详细回顾了流体的物质属性、流线、迹线、涡度、应力张量等基本概念。重点讨论了粘性流体和牛顿流体的本构关系，为后续的Navier-Stokes方程推导奠定基础。 第2章：流体控制方程的建立与形式 系统推导了质量守恒（连续性方程）、动量守恒（Navier-Stokes方程）和能量守恒（热力学第一定律）在雷诺平均（RANS）和可压缩流动情况下的数学表达形式。同时，讨论了描述湍流所需的大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的瞬态方程组。 第3章：偏微分方程的分类与数值方法的适用性 深入分析了描述流体运动的偏微分方程（PDEs）的数学特性，包括椭圆型、抛物线型和双曲型方程。探讨了不同类型的方程在有限差分法、有限体积法和有限元法等数值方法中的求解特性和稳定性要求。 第4章：数值分析基础 涵盖了数值积分、插值技术、误差分析（截断误差与收敛误差）以及稳定性理论（如Von Neumann稳定性分析）。详细讲解了常微分方程（ODEs）的数值解法，为处理时间相关的流动问题做准备。 第5章：离散化的核心思想 系统介绍将连续的偏微分方程转化为代数方程组的数学过程。重点阐述了通量、源项和边界条件的离散化处理方法，为后续章节的网格生成和解法器选择提供理论依据。 第二部分：主流数值方法详解（第6章至第10章） 本部分聚焦于CFD领域最核心的离散化技术和求解算法，是全书的技术核心。 第6章：有限差分法（FDM） 详细介绍基于笛卡尔坐标系和非正交曲线坐标系下的高精度差分格式的构建。重点分析了中心差分、迎风格式以及高阶紧致格式在对流项离散中的应用与局限性。 第7章：有限体积法（FVM）基础与实现 全面阐述了FVM的控制体积守恒原理。详尽讲解了二维和三维网格上的体积积分和表面通量计算。详细比较了界面通量插值格式，如First-Order Upwind, Second-Order Upwind, TVD（Total Variation Diminishing）格式及其在保持解单调性方面的作用。 第8章：有限元法（FEM）在流体问题中的应用 介绍了基于加权残量法（如伽辽金法）的FEM构建过程。重点讨论了如何处理流体动力学方程组中的对流和扩散项，特别是如何解决FEM在求解对流占优问题时产生的振荡问题（如SUPG, Streamline Upwind Petrov-Galerkin方法）。 第9章：代数方程组的求解器 深入探讨了大型稀疏线性代数方程组的求解技术。包括直接法（如LU分解）和迭代法（如雅可比法、高斯-赛德尔法）。重点讲解了迭代法的预条件子技术（Preconditioning），如代数多重网格（AMG）和不完全LU分解（ILU）在加速收敛中的关键作用。 第10章：耦合与非耦合的压力-速度求解策略 针对不可压缩流动的“星形耦合”问题，系统介绍了SIMPLE系列算法（SIMPLE, SIMPLIC, PISO）的完整流程、收敛机制和稳定性控制。同时，讨论了适用于高速可压缩流动的AUSM（Advection-Upstream Splitting Method）等显式或半隐式时间推进格式。 第三部分：网格生成与处理（第11章至第13章） 高质量的计算网格是CFD成功的基石。本部分专注于网格的生成、适应性以及对数值误差的影响。 第11章：网格生成技术概述 详细分类介绍结构化网格（如笛卡尔、贴体坐标系网格）、非结构化网格（如四面体、多面体网格）和混合网格的生成原理。讨论了网格质量的评价标准，如正交性、光滑性和网格畸变度。 第12章：处理复杂几何与边界层网格 聚焦于航空航天和汽车工程中常见的复杂几何体（如机翼、涡轮叶片）的网格划分。深入讲解了边界层网格的特殊处理技术，如$y^+$值的控制、棱柱层（Prism Layer）和楔形层（Wedge Layer）的构建，以及如何保证近壁面网格的正交性。 第13章：网格无关性验证与自适应网格加密（AMR） 阐述了如何通过网格收敛性研究（Grid Convergence Index, GCI）来评估数值解对网格的依赖性。详细介绍了基于解的特征（如激波、涡核）进行局部网格加密的技术，以提高计算效率和精度。 第四部分：湍流模型与物理现象模拟（第14章至第17章） 准确描述湍流是CFD工程应用中的主要挑战。本部分深入剖析了各类湍流模型及其在不同流动环境中的适用性。 第14章：层流与湍流的本质差异 从统计学角度区分层流和湍流，介绍雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的引入及其对湍流粘性的依赖。 第15章：经典的RANS湍流模型 详尽解析了零方程模型（如混合长度模型）、一方程模型（如Spalart-Allmaras模型）和两方程模型（如$k-epsilon$模型和$k-omega$模型）的输运方程、源项和粘性系数的封闭关系。重点分析了$k-omega$ SST模型在处理流分离和逆压梯度问题中的优势。 第16章：高级湍流模拟方法：LES与DES 系统介绍大涡模拟（LES）的原理，包括亚格子尺度（SGS）模型的选择和处理。进一步探讨混合模型如分离涡模拟（DES）和延迟分离涡模拟（DDES）如何结合RANS和LES的优势，用于模拟高雷诺数下的非定常流动。 第17章：可压缩流动、传热与化学反应 讨论了高马赫数流动中的激波捕捉技术，如精确求解器（Roe, AUSM+等）。分析了热传导、对流和辐射在流体中的耦合作用，并介绍了处理化学反应（如燃烧模型，如有限速率化学模型和Eddy Dissipation Concept, EDC）的数值方法。 第五部分：应用案例与高级主题（第18章至第20章） 本部分将理论和方法应用于实际工程问题，并探讨了CFD的前沿交叉领域。 第18章：多相流与自由表面流 涵盖了描述颗粒、液滴或气泡的CFD方法，包括欧拉-欧拉法、欧拉-拉格朗日法（DPM）。详细讨论了VOF（Volume of Fluid）、Level Set方法在模拟自由表面流动（如波浪、喷雾）中的优势与数值实现。 第19章：与实验数据的耦合与验证（Verification & Validation, V&V） 强调CFD结果的可靠性。系统讲解了求解器验证（Verification，检查数值误差）和模型验证（Validation，与实验数据对比）的标准化流程。介绍了后处理技术，如等值面渲染、矢量图、以及如何量化不确定性。 第20章：高性能计算与并行化 探讨了CFD计算对计算资源的要求，重点介绍如何使用MPI（Message Passing Interface）和OpenMP等技术实现CFD求解器的并行计算。讨论了分布式内存和共享内存架构下的网格划分和负载均衡策略，以应对超大规模的工程仿真需求。 本书特点： 理论的严谨性与工程的实用性完美结合： 不仅提供深奥的数学推导，更注重每种方法的实际应用条件和参数设置指南。 面向现代求解器设计： 对新一代的非结构化网格求解器和高精度格式有深入的介绍，适用于当前主流商业和开源CFD软件的二次开发。 丰富的案例分析： 穿插了从外部空气动力学（机翼绕流）到内部流（泵、换热器）的典型算例分析，帮助读者建立直观的物理图像。 目标读者： 本书是流体力学、航空航天工程、机械工程、化学工程等领域的研究生教材，也是从事高性能计算和工程仿真工作的专业人员的必备参考手册。阅读本书要求读者具备扎实的微积分、线性代数基础以及初步的流体力学知识。
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