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出版者:中国水利水电出版社

作者:吴玉林,刘树红,钱忠东

出品人:

页数:261

译者:

出版时间:2007-10

价格:39.00元

装帧:

isbn号码:9787508445069

丛书系列:

图书标签:

• 计算力学5
• 水力机械
• 计算流体动力学
• CFD
• 流体动力学
• 水轮机
• 水泵
• 叶轮机械
• 数值模拟
• 工程流体动力学
• 水利工程

好的，为您提供一份符合要求的图书简介，内容聚焦于大气科学与气候建模，完全不涉及《水力机械计算流体动力学》的相关主题。 --- 《地球流体动力学与全球气候模拟：从基础理论到前沿应用》 图书简介 在人类探索宇宙奥秘的征途中，对我们赖以生存的这颗蓝色星球的认识从未停歇。地球，这个宏大而精密的系统，其运行的底层逻辑，很大程度上由其包裹的大气层和海洋的复杂运动所主导。本书《地球流体动力学与全球气候模拟：从基础理论到前沿应用》，正是致力于系统梳理和深入解析驱动地球气候变化和天气系统演变的核心科学——地球流体动力学，并探讨如何将这些理论转化为可预测、可理解的全球气候模型（GCMs）。 本书的撰写，旨在为大气科学家、海洋学家、地球物理学研究人员，以及对气候变化有浓厚兴趣的高级学生，提供一本兼具理论深度与工程实践广度的参考读物。我们摒弃了对宏观工程应用的描述，将焦点完全聚焦于支撑气候预测的微观和中观物理过程。 第一部分：地球流体动力学的理论基石 本部分奠定了理解地球系统运动的数学和物理基础。我们首先回顾了经典的流体力学方程组（Navier-Stokes方程），并立即将其置于地球自转的参考系中进行转化。 1.1 旋转参考系下的动力学：科里奥利力与地转平衡 详细阐述了在地球坐标系下引入科里奥利力（Coriolis Force）的必要性。通过对动量方程的精确推导，引出了地转风（Geostrophic Wind）的概念，这是理解大尺度环流（如信风带和西风急流）的关键。我们深入分析了地转平衡的适用范围、局限性，以及在垂直方向上引入气压梯度力的垂直平衡（Hydrostatic Balance）如何精确描述大气柱的垂直结构。 1.2 尺度分析与大气运动的分类 地球大气的运动并非单一尺度。本书花费大量篇幅进行尺度分析，区分了惯性尺度、地转尺度、热力尺度和粘性尺度。这使得读者能够清晰地认识到，在不同的空间和时间尺度上，哪些物理项（如惯性项、科里奥利项、压力梯度项）是主导的，从而为后续的简化模型（如浅水波方程）的建立奠定理论基础。特别地，我们探讨了尺度分析在识别行星波（如Rossby波）和重力波（Gravity Waves）动力学特征中的核心作用。 1.3 涡度、散度与环流的守恒律 涡度（Vorticity）在描述大气旋转运动方面比角动量更为直观。本书详尽推导了绝对涡度方程，并阐述了无粘性、无热力、无辐散（Dry, Athermal, Non-divergent）条件下的涡度守恒（即Ertel势涡度，Potential Vorticity, PV）。PV作为示踪物在斜压不稳定分析和大气遥相关研究中的重要性被充分剖析，它为理解中尺度涡旋的生成和生命周期提供了理论框架。 第二部分：气候模型的构建与数值方法 气候模拟的本质是将上述复杂的偏微分方程组，通过数值方法离散化，并在超级计算机上求解。本部分聚焦于数值方法的选择与实现细节。 2.1 模型的坐标系选择与边界条件 气候模型通常采用的坐标系包括等压面（Pressure Coordinates）、地形跟随坐标系（Sigma Coordinates）和混合坐标系。本书深入比较了每种坐标系在处理复杂地形（如山区）和近地面层物理过程时的优势与数值误差来源。对于全球模型，如何精确定义上下边界（对流层顶、海洋/陆地界面）的物理条件至关重要，我们详细讨论了开放边界处理和周期性边界的设置。 2.2 时间积分方案与模型的稳定性 气候模型的数值求解面临“刚性”（Stiffness）问题，特别是涉及短时间尺度的过程（如声波和重力波）。本书系统对比了显式、隐式和半隐式时间积分方案。重点分析了运算效率、计算稳定性和对物理过程保真的权衡。例如，如何利用半隐式时间步进法处理地转平衡，以允许更大的时间步长，这是现代GCMs高效运行的核心技术。 2.3 离散化技术与空间滤波 在空间离散化方面，本书侧重于有限差分法和谱方法（Spectral Methods）。我们讨论了高阶差分格式在减少数值色散和色散误差方面的优势，以及傅里叶谱方法在周期性边界条件下的高精度表现。此外，为了抑制高频计算噪声和网格依赖性，对网格变形和数值扩散（Numerical Diffusion）的引入和控制策略进行了深入的探讨。 第三部分：物理过程参数化与耦合系统 由于计算机算力的限制，许多小于模型网格尺度的物理过程（次网格过程，Sub-grid Scale Processes）必须通过参数化方案来近似，这是气候模拟中最具挑战性的领域之一。 3.1 云、降水与辐射传输 本书详细梳理了云微物理参数化方案的发展历程，从早期的水凝物诊断方法到现代的复杂两相或三相（冰、水、汽）方案。在辐射传输方面，重点分析了短波和长波辐射的计算，特别是如何处理云层、气溶胶和温室气体对辐射能平衡的复杂影响。 3.2 大气边界层与对流参数化 大气边界层（PBL）的垂直混合是决定地表能量交换和低层大气稳定性的关键。我们阐述了基于长度尺度或混合长度理论的PBL方案，以及对流参数化（如Kuo方案、Arakawa-Schubert方案）在模拟热带积雨云活动和潜热释放中的作用。 3.3 海洋-大气耦合（AOGCMs） 现代气候模拟不再是单一大气模型的孤立运行，而是需要与海洋、陆面和冰雪圈进行双向耦合。本部分专门讨论了海洋环流模型（OCMs）与大气模型之间的信息交换机制，例如通量订正技术（Flux Correction）在平衡耦合系统能量收支方面的应用，以及耦合模型在模拟ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）等关键气候模态中的表现与挑战。 结论与展望 《地球流体动力学与全球气候模拟》最终总结了当前全球气候建模的前沿方向，包括提高区域分辨率、集成更高精度的化学成分传输模型，以及利用机器学习技术优化复杂参数化方案。本书旨在为有志于深入理解和改进地球系统模拟技术的科研工作者，提供一套坚实的理论工具和清晰的实践路径。

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我必须承认，在接触这本《水力机械计算流体动力学》之前，我对CFD的认识停留在“很高大上”的阶段，觉得那是少数顶尖工程师才能掌握的技能。但这本书彻底颠覆了我的想法。它不仅仅是一本教材，更像是一位耐心且经验丰富的导师，在我学习的每一个环节都给予了细致的指导。最让我感到惊喜的是，书中对于CFD模型构建的详细步骤讲解，从网格划分的技巧，到边界条件的设置，再到湍流模型的选择，都给出了非常具体的操作建议和注意事项。这一点对于像我这样初学者来说，简直是救命稻草。我之前尝试过一些CFD软件，但总是因为模型设置不当而导致结果不准确，浪费了很多时间。这本书就像是给了我一个“避坑指南”，让我少走了很多弯路。而且，书中对水力机械具体案例的深入剖析，比如如何通过CFD模拟分析管道水击现象，或者如何优化挡水结构的设计，都让我看到了CFD在工程设计和优化中不可替代的价值。我迫不及待地想将书中的知识应用到我正在进行的项目中，相信这本书一定会成为我工作中的得力助手。

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我一直对流体动力学在水力机械中的作用很感兴趣，但市面上很多相关的书籍要么过于理论化，让人望而却步，要么过于简略，无法深入。这本书《水力机械计算流体动力学》恰好弥补了这一空白。它以一种非常严谨但又不失易读性的方式，将CFD的理论与水力机械的实际应用巧妙地结合起来。最让我感到惊喜的是，书中对CFD软件在水力机械领域的应用流程进行了详细的介绍，从前处理、求解到后处理，每一个环节都提供了非常实用的技巧和注意事项，这对于像我这样希望将CFD技术真正落地到工程实践中的读者来说，简直是无价的。它不仅仅教会了我“是什么”，更教会了我“怎么做”。书中对不同类型水力机械（如水轮机、水泵、阀门等）的CFD模拟方法和案例分析，都非常具有参考价值，让我对如何运用CFD来分析和优化这些设备有了全新的认识，也让我对未来在实际工作中应用CFD技术充满了信心。

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这本《水力机械计算流体动力学》简直是一本宝藏！我本来对CFD（计算流体动力学）一直抱着一种敬畏但又有点望而却步的心态，总觉得那些复杂的数学公式和高深的理论离我太遥远。但这本书真的让我眼前一亮。它没有一开始就甩出一堆让人头晕的数学推导，而是用一种循序渐进、非常易懂的方式，带我一步步走进CFD的世界。从最基础的流体力学概念，到CFD的核心思想，再到各种数值方法的原理，作者都讲解得鞭辟入里，而且穿插了大量生动形象的比喻和图示，让我这个非专业人士也能轻松理解。尤其让我印象深刻的是，书中对水力机械中CFD应用的讲解，比如如何模拟水轮机的效率、泵的扬程特性、以及管道中的流动阻力等。这些都是我工作中经常会遇到的问题，而书中的案例分析让我看到了CFD在解决实际工程问题上的巨大潜力。它不仅仅是理论的堆砌，更是理论与实践的完美结合。我感觉，这本书给了我一个坚实的理论基础，让我不再害怕面对复杂的CFD软件，而是跃跃欲试，想亲自上手去解决那些曾经困扰我的工程难题。

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说实话，我最初拿到这本书《水力机械计算流体动力学》时，并没有抱太高的期望，总觉得CFD这种东西太理论化，跟实际应用有点距离。但翻开之后，我才发现自己错了。这本书的可贵之处在于，它非常注重CFD理论在水力机械实际工程中的应用，而不仅仅是停留在数学公式的层面。书中大量的实例分析，例如如何运用CFD技术来优化水泵叶轮的流道设计，以提高其效率和降低气蚀的发生；或者如何模拟分析大型水闸在不同工况下的水流特性，以确保其安全稳定运行。这些案例都紧密结合了水力机械的实际工程需求，让我能够清晰地看到CFD工具是如何解决工程难题，如何指导设计和优化。作者的讲解方式非常直观，甚至有些地方会让我想起大学时的物理实验课，用实际的测量和观察来验证理论。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的学习过程，让我觉得学到的知识非常扎实，也更容易被我吸收和应用到工作中。

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对于我这种在水力机械领域摸爬滚打了多年，但对CFD始终感到一知半解的工程师来说，这本书无疑是雪中送炭。它并没有一上来就抛出复杂的算法模型，而是从宏观层面，非常清晰地阐述了CFD在水力机械领域的作用和意义。我最喜欢的是书中对不同CFD方法的比较分析，比如有限体积法、有限元法等，以及它们各自的优缺点在水力机械模拟中的适用性。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，让我对CFD有了更深刻的理解，不再是盲目地套用软件。而且，书中对模拟结果后处理的讲解也相当到位，如何有效地分析和解读CFD输出的数据，如何评估模拟结果的可靠性，这些都是非常关键的工程技能，而这本书给予了我清晰的指导。我尤其对书中关于如何利用CFD进行复杂水力机械部件（如叶轮、导叶等）性能预测的章节印象深刻，这正好是我近期工作中急需解决的问题。感觉读完这本书，我不再是那个只能依赖经验和传统计算的工程师了，而是具备了运用先进CFD工具解决复杂工程问题的能力。

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