水力机械空化和固液两相流体动力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国水利水电出版社

作者:吴玉林,唐学林等

出品人:

页数:204

译者:

出版时间:2007-10

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787508445052

丛书系列:

图书标签:

• 水力机械
• 空化
• 固液两相流
• 流体动力学
• 水泵
• 水轮机
• 空化腐蚀
• 多相流
• 传热
• 数值模拟

跨越界限：流体力学前沿探索 流体力学的广袤图景中，存在着一片等待被深入挖掘的领域，它关乎着结构与流体的复杂相互作用，远超经典理想流体模型的范畴。 本书旨在带领读者深入探究流体力学中的一些关键且前沿的主题，这些主题涵盖了从微观尺度上的动量传递到宏观尺度上的复杂系统设计，为工程师和研究人员提供一个理解和解决实际工程挑战的全新视角。我们聚焦于那些因流体特性复杂化（如非牛顿性、高精度湍流效应）或与结构耦合紧密而产生的现象，这些现象是当前高性能流体工程设计中的瓶颈所在。 第一章：复杂介质中的流动基础与本构关系 本章聚焦于超越标准牛顿流体的流动行为。在许多现代工业过程中，例如在聚合物加工、食品工程或生物医学应用中，流体的剪切应力与剪切速率之间不再保持简单的线性关系。 1.1 非牛顿流体的分类与模型选择： 我们将详细分析剪切变稀、剪切变稠、黏塑性流体（如宾汉体）的流变学特性。深入探讨幂律模型、卡罗尔-施瓦茨（Carreau-Yasuda）模型在描述黏度随剪切速率变化时的优劣，并讨论如何将这些本构关系准确地嵌入到计算流体力学（CFD）框架中。 1.2 湍流模型的精进： 经典 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型在处理壁面边界层、分离流以及高曲率流动区域时存在局限性。本章将探讨更先进的雷诺应力模型（RSM）的理论基础，以及大涡模拟（LES）在捕捉瞬态流动结构中的优势与计算代价。重点将放在如何有效率地利用这些模型来预测结构表面上的对流换热和阻力特性。 1.3 多孔介质与非均质环境中的渗流： 当流体通过由颗粒、纤维或其他不规则结构组成的介质时，流动路径变得极其复杂。本章将介绍达西定律的适用范围，并引入修正的达西-布林克曼方程，用以描述孔隙率变化和非线性流动对渗透率的影响。我们还将探讨介观尺度上，孔隙结构对宏观传质效率的关键制约作用。 第二章：结构动力学与流固耦合的先进方法 流体与固体结构的相互作用是许多工程系统（如风力涡轮机叶片、桥梁结构、汽车悬架）性能和寿命的决定性因素。本章侧重于精确捕捉这种瞬态、双向的相互作用。 2.1 边界元法与有限元法的耦合策略： 详细阐述在流固耦合（FSI）问题中，如何集成流体求解器（通常是有限体积法）与结构动力学求解器（通常是有限元法）。我们将比较固定网格、重构网格与浸入式边界方法的计算效率和精度，特别是在涉及大幅度结构变形（如柔性翼型颤振）的场景。 2.2 载荷传递与结构响应的频率分析： 重点分析流场脉动和结构固有频率之间的共振现象。通过频域分析方法，探讨涡流脱落（Vortex Shedding）引起的周期性载荷如何激发结构的模态振动，并介绍如何通过结构阻尼或形态优化来避免危险的共振区域。 2.3 粘弹性材料的响应： 针对航空航天和生物工程中常见的聚合物和复合材料，本章将探讨流体剪切力作用下，材料的粘弹性行为如何影响其最终的变形和能量耗散。引入蠕变和松弛理论，并将其纳入流固耦合分析框架。 第三章：界面动力学与分散相流动 许多工程系统涉及两种或多种不相容流体的界面行为，或固体颗粒在流体中的运动与分散。本章聚焦于描述和模拟这些复杂多相流动。 3.1 自由表面流动的数值捕捉： 介绍体积方法（Volume of Fluid, VOF）和水平集方法（Level Set Method）在跟踪不混溶界面方面的原理和各自的局限性。重点讨论在强表面张力和剧烈变形（如射流破碎或波浪传播）情况下的数值稳定性问题。 3.2 颗粒输运与流体-颗粒相互作用： 针对稀相和中等密度相的流动，系统阐述欧拉-拉格朗日方法（Euler-Lagrange）。详细分析颗粒在加速段的响应时间、惯性对轨迹的影响，以及湍流脉动对颗粒扩散的影响。对于高浓度床层，则引入欧拉-欧拉框架下的固相应力模型（Kinetic Theory of Granular Flow, KTGF）。 3.3 气液两相流中的传质与相间动量交换： 深入探讨气泡或液滴在连续相中上升或沉降时的曳力系数模型，特别是当颗粒尺寸接近或超过湍流积分尺度时的修正。讨论相变过程（如蒸发或凝结）如何影响流场的温度和速度分布，这在换热器设计中至关重要。 第四章：流体流动中的能量耗散与热力学约束 本章将流体力学与热力学紧密结合，探讨流动过程中的能量管理和效率优化。 4.1 湍流中的能量级联与耗散机制： 从Kolmogorov的理论出发，解释湍流能量如何从大尺度涡结构传递到小尺度粘性耗散区间。分析如何通过优化外部激励或管道几何形状来最小化湍流引起的压力损失，从而提高泵送或输送效率。 4.2 边界层内的热边界条件： 针对高热流密度应用（如电子设备冷却），详细分析湍流边界层内温度梯度和速度梯度之间的耦合效应。介绍基于对流换热系数的预测模型，以及如何考虑表面粗糙度对局部换热增强的影响。 4.3 能量有效性的评估指标： 除了传统的压力损失和功率输入外，引入基于熵生成原理的评估方法，以量化流体流动过程中不可逆损失的程度。这为工程师提供了一种更具热力学指导性的设计优化准则。 本书的编写风格注重理论的严谨性和工程应用的转化性，旨在提供一个涵盖当前流体力学研究广度与深度的参考框架，为解决下一代工程难题提供坚实的理论和方法论基础。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调，配上一些流线型的图形，立刻让人联想到水流的动态与力量。拿到手里沉甸甸的质感，也让人感到这绝非等闲之作。我原本以为这会是一本枯燥的理论教材，但翻开目录后才发现，作者的用心之处在于将那些复杂晦涩的物理现象，用一种近乎诗意的语言娓娓道来。比如，关于流体边界层的讲解，不像传统教科书那样冷冰冰地堆砌公式，而是通过生动的比喻，将无形的涡流描绘得栩栩如生，让人仿佛能亲手触摸到那些高速运动的粒子。特别是对湍流模型的介绍部分，作者似乎有着深厚的工程实践背景，使得理论与实际应用之间的桥梁搭建得异常坚固，即便是初次接触这个领域的读者，也能从中窥见其宏伟的工程蓝图。整体来看，这本书的排版和图表的质量都达到了专业级别，阅读体验非常流畅，让人愿意一页一页地沉浸其中，探索流体力学那迷人的奥秘。

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这本书的阅读体验，很大程度上依赖于读者自身的学术积累，它不是一本用来“消遣”的书籍。我花了很长时间才啃完前三章，主要是因为作者在定义每一个专业术语时，都追溯到了其最原始的物理意义，拒绝使用任何模糊的替代概念。这种对基础的极致尊重，使得全书的论述体系异常坚固。我最欣赏的是它对待“不确定性”的态度——它没有试图用简单的模型去掩盖物理世界的复杂性，而是直面了系统的不完全可预测性。例如，在谈及流体-结构相互作用（FSI）时，作者并未给出万能公式，而是详细分析了不同耦合模式下的特征值分析方法，强调了求解器选择的重要性。这本书的文字本身，就像是经过精密加工的工具，每一个词语、每一个逻辑跳转都承载着精确的意义，对于追求学术纯粹性的读者来说，这无疑是近十年来最值得收藏的一本专业经典。

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我买过很多关于流体动力学的书，但这本书在“跨学科融合”这一点上做得尤为出色。它绝不仅仅局限于纯粹的力学范畴，而是将热力学、材料科学甚至一些电磁学原理巧妙地编织到流体行为的解释中去。例如，在讨论高温高压环境下流体介质变化时，作者引用的物性参数表和状态方程，其详尽程度远超其他同类著作，这对于需要进行跨尺度建模的研究人员来说，简直是福音。书中的插图部分，尤其是那些高分辨率的实验照片和模拟结果对比图，质量极高，清晰地展示了复杂的相界面演化过程。我尤其关注了关于“界面张力在动态过程中的变化”的讨论，作者结合最新的实验观测数据，挑战了一些传统理论的假设，这种敢于质疑和创新的态度，非常鼓舞人心。这本书无疑是面向未来的，它提供的是解决未来复杂工程问题的钥匙。

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说实话，我抱着极大的期待买下这本书，主要是冲着作者在国际会议上的几次精彩报告。这本书的深度，绝对不是面向本科生的入门读物，它更像是一本为资深研究人员准备的工具箱。我特别欣赏其中关于数值模拟方法的阐述，不同于市面上那些只停留在有限元或有限体积法的皮毛讨论，这本书深入挖掘了高精度格式（如LES和DNS）在处理复杂非定常流场时的性能瓶颈和优化策略。作者毫不避讳地揭示了当前计算流体力学（CFD）在模拟极端工况时所面临的数值稳定性挑战，并给出了一套成熟的验证和校准流程。读到关于网格自适应技术的那一章时，我简直茅塞顿开，那些过去困扰我的收敛性问题，似乎一下子找到了症结所在。这本书的价值，在于它提供的不是“标准答案”，而是解决“未知问题”的思维框架和前沿方法论，对于渴望突破现有技术瓶颈的工程师和学者而言，无疑是一笔宝贵的财富。

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这本书的结构安排，展现出一种非常成熟的逻辑推导能力。它并没有一开始就抛出爆炸性的结论，而是采取了一种循序渐进，层层递进的叙述方式。从最基础的守恒律出发，作者巧妙地引入了非线性效应的源头——动量方程的复杂性。我个人对其中关于“微小扰动如何放大成宏观破坏”的案例分析印象深刻。它通过对不同几何形状管道内流动特性的对比，清晰地展示了结构几何对流体行为的决定性影响。书中的案例选材极其贴合现代工业需求，涉及的不仅仅是简单的泵和阀门，还包括了一些新兴的高速流体机械部件的设计考量。行文间那种严谨的德式逻辑和细腻的日式观察相结合，使得原本可能枯燥的数学推导过程，也充满了探索的乐趣。读完后，我感觉自己对“设计一个更有效率的流体系统”这件事，有了一种更本质、更深刻的理解，不再是简单的参数堆砌。

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