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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Saffman, P.G.

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:1995-2

价格:$ 57.63

装帧:Pap

isbn号码:9780521477390

丛书系列:Cambridge Monographs on Mechanics

图书标签:

• 流体力学
• fluid
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• 涡旋动力学
• 流体数值模拟
• 计算物理
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• 非线性动力学
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• 工程学
• 数学物理
• 空气动力学

好的，这是一份关于一本名为《Vortex Dynamics》的图书的详细简介，内容完全围绕该主题展开，没有包含任何其他无关信息，并力求展现出专业且自然的文风。 --- 《涡流动力学》（Vortex Dynamics）图书简介 深度探索流体力学核心——涡旋运动的奥秘与应用 《涡流动力学》（Vortex Dynamics）是一部全面而深入的专著，致力于系统阐述流体力学中最具魅力和挑战性的分支之一：涡旋运动的理论、机制、表征与实际应用。本书旨在为研究生、科研人员、高级工程师以及任何对复杂流体现象怀有浓厚兴趣的读者，提供一个从基本原理到前沿研究的完整知识框架。 涡旋，作为流体运动中最基本、最普遍的结构单元，其形态、演化和相互作用深刻地决定了从微观尺度到宏观尺度的流体行为。本书以严谨的数学物理基础为支撑，辅以大量的实例分析和最新的实验观察，揭示了涡旋如何驱动湍流、影响传热传质效率、塑造气象和海洋现象，乃至在生物系统中发挥关键作用。 第一部分：理论基础与数学表征 本书的开篇部分奠定了坚实的理论基础，确保读者对描述涡旋的数学工具具有深刻理解。 第一章：流场与旋度的基础 本章从经典流体力学的基本方程——纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）出发，引入了旋度（Vorticity）这一核心概念。详细讨论了旋度的定义、物理意义，以及其在不同坐标系下的表达形式。重点解析了无旋流（Irrotational Flow）与有旋流（Rotational Flow）的本质区别，并引入了流函数（Stream Function）和速度势（Velocity Potential）的概念，用于简化二维定常流动问题的求解。 第二章：涡线与涡片理论 深入探讨了描述涡旋结构的几何概念：涡线（Vortex Line）和涡片（Vortex Sheet）。伯努利定理在旋转流场中的修正形式——动量积分定理，被用于分析涡结构中的压力分布。随后，详细阐述了开尔文涡旋定理（Kelvin’s Circulation Theorem），该定理是理解粘性流体中涡量守恒及演化的基石。本章还讨论了理想流体中的环量（Circulation）概念及其在流体力学中的重要性。 第三章：积分形式与边界条件 本章聚焦于将微分方程转化为积分形式，以便于处理实际工程中的复杂边界。重点分析了边界层理论中涡旋的生成机制，特别是在固体壁面上的“无滑移”边界条件如何导致壁面附近产生强烈的涡量。同时，讨论了诱导速度（Induced Velocity）的概念，这是理解多涡系统相互作用的关键。 第二部分：经典涡旋模型的解析 本书的中间部分详尽地剖析了几种在理论和应用中具有里程碑意义的经典涡旋模型。 第四章：理想化的涡旋结构 本章对数学上理想化的涡旋模型进行了深入解析。这包括： 点涡（Point Vortex）： 讨论其在二维欧拉流体中的运动规律，以及如何利用叠加原理模拟复杂流场。 线涡（Line Vortex）： 分析其在三维空间中的性质，以及如何用于模拟翼型前方的诱导效应。 涡环（Vortex Ring）： 这是一个至关重要的三维结构。详细推导了涡环的运动速度、能量和动量，并讨论了其在空气动力学和水动力学中的稳定性问题，包括著名的开尔文-亥姆霍兹不稳定性。 第五章：有限翼展涡系与流场耦合 将理论从无限延伸到有限结构，本章集中于航空器和推进器设计中的核心问题——有限翼展涡系。详细分析了马格努斯效应（Magnus Effect）的物理机制，以及如何利用库塔-儒科夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem）计算具有脱落尾迹（Trailing Vortices）的物体所受的升力。重点阐述了“马蹄涡”（Horseshoe Vortex）模型，以及其对诱导阻力（Induced Drag）的贡献。 第六章：粘性涡旋的演化与耗散 粘性效应在真实的流体流动中不可或缺。本章探讨了粘性如何耗散涡量，并引入了“涡量扩散”的概念。详细讨论了边界层分离点附近的涡结构，以及粘性如何影响涡核的半径和强度。本章也涉及了粘性涡旋与湍流发生前兆（如开槽不稳定性）的关联。 第三部分：复杂涡旋现象与应用 最后一部分将理论知识应用于更复杂的、具有实际工程意义的流体系统。 第七章：湍流中的涡结构 湍流是流体力学最大的挑战之一。本章不直接深入湍流模型的细节，而是聚焦于湍流统计量中涡量的角色。探讨了湍流的“涡级串”（Cascade）理论，解释了能量如何在大尺度涡旋中产生，并逐级传递给小尺度涡旋直至被粘性耗散。分析了准流向结构（Quasi-Streamwise Structures）以及湍流剪切层中“发卡涡”（Hairpin Vortices）的周期性行为。 第八章：旋转流体系统 本章关注受外部约束或自身旋转影响的流体系统。这包括： 地球物理流体： 介绍了科里奥利力（Coriolis Force）对大型涡旋（如气旋和反气旋）形成和维持的影响，并讨论了地转平衡（Geostrophic Balance）在海洋环流中的作用。 旋转机械中的涡流： 分析了泵、压缩机和涡轮机叶片周围的流场中，如何产生和管理“回流区”（Recirculation Zones）和“分离涡”（Separated Vortices），这些结构直接影响机械效率和空化现象。 第九章：涡旋的生成、控制与干预 本书以最前沿的工程应用和控制策略作结。讨论了主动和被动流控制技术，旨在增强或抑制特定的涡旋结构。被动控制包括使用槽道、导流片等几何修改；主动控制则涉及射流吹气（Jet Blowing）、等离子体激励器（Plasma Actuators）或微型射流（Synthetic Jets）对涡旋演化的实时干预。本章还对新型低阻力设计（如鲨鱼皮结构）中涡旋的调控机理进行了探讨。 总结 《涡流动力学》力求成为该领域内一本不可或缺的参考书。它不仅系统梳理了自亥姆霍兹和开尔文以来的经典理论，更结合现代计算流体力学（CFD）和高分辨率粒子图像测速（PIV）实验的最新成果，为读者提供了一个多维度、深层次的涡旋世界透视图。通过对这些基本运动单元的掌握，读者将能够更有效地预测、设计和控制复杂的流体系统。

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在我决定购买《Vortex Dynamics》之前，我曾经在一场学术讲座中听到过“涡”这个词，当时给我的印象是它与天气、海洋以及一些工程应用有关。然而，那位讲者使用的术语和方程，对我来说如同天书。我一直在寻找一本能够弥合我现有知识与那些高深理论之间鸿沟的书籍。我希望《Vortex Dynamics》能够成为我手中的那座桥梁。我期望这本书能够从最基础的概念讲起，比如什么是涡，涡的动量和能量是如何传递的，以及不同类型的涡（例如，有界的涡和无界的涡）之间有何区别。我希望它能用清晰的语言和形象的比喻，来解释那些抽象的物理定律。譬如，在描述涡的形成和演化时，是否会涉及到一些著名的数学模型，并对这些模型进行通俗易懂的解读？我特别想了解，书中是否会深入探讨“湍流”这个概念，因为在我看来，涡常常是湍流的重要组成部分，而湍流的研究一直是流体力学中的一个巨大挑战。是否会有关于数值模拟和实验观测的章节，来展示科学家们是如何研究和理解这些复杂现象的？我希望《Vortex Dynamics》能够让我不仅仅停留在“知道有”涡动力学，而是真正“理解”涡动力学，并且能够将书中所学到的知识，与我日常生活中观察到的现象联系起来，从而获得一种更深刻的认知。

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我之所以会被《Vortex Dynamics》这本书所吸引，很大程度上是因为我一直对自然界中那些看似混乱却又暗藏秩序的现象感到着迷。漩涡，无疑是这种现象的典型代表。我常常在海边的沙滩上看到潮水退去时形成的细小漩涡，或者在厨房里看到水槽排水时形成的旋转水流。这些现象虽然平凡，却蕴含着深刻的物理原理。我希望《Vortex Dynamics》能够为我揭示这些看似简单的现象背后的复杂动力学过程。我非常想知道，这本书是否会从最基本的纳维-斯托克斯方程开始，逐步引导读者理解涡的形成、传播和衰减的机制？它是否会涉及一些关于边界层、涡耗散以及能量级串等关键概念的解释？我期待这本书能够提供一些生动具体的例子，比如在气象学中，龙卷风的形成和发展是否与涡动力学有关？在天体物理学中，黑洞周围吸积盘的形成是否也涉及到涡的存在？我希望能通过阅读这本书，将那些分散在不同领域的知识联系起来，形成一个关于涡动力学整体性的认知框架。我希望《Vortex Dynamics》不仅仅是一本教材，更是一本能够启发思考、拓展视野的书籍。

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拿起《Vortex Dynamics》这本书，我脑海中立刻浮现出许多与“涡”相关的图像：气旋风暴的卫星云图、飞机划过天空留下的尾迹、甚至是我们日常生活中的咖啡杯里搅拌牛奶时形成的细小漩涡。我一直觉得，这些看似不相关的现象，背后可能存在着某种共通的物理规律。我希望《Vortex Dynamics》能够帮助我找到这个“共通点”。我期望这本书能够深入浅出地解释涡的产生、演化以及相互作用的机制。它是否会涉及一些关于涡的拓扑性质、涡的合并与分裂的理论？我尤其好奇，书中是否会探讨一些与“混沌”和“分形”相关的概念，因为我总觉得涡的运动充满了不可预测性和自相似性。我希望这本书能够用一种引人入胜的方式，带领我进入一个由涡所构成的奇妙世界。我希望它能够让我明白，为什么我们在很多自然现象中都会观察到涡的出现，以及这些涡在能量和动量传递过程中扮演着怎样的关键角色。我期待《Vortex Dynamics》能够解答我长久以来的困惑，并让我对我们所处的世界产生更深刻的理解。

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翻开《Vortex Dynamics》这本书，我最初的想法是，这或许会是一本关于如何“创造”漩涡的实用指南，比如在流体力学实验中如何精确地生成和控制它们。然而，随着阅读的深入，我意识到这本书的格局远比我想象的要宏大和深刻。它并非停留在简单的“如何做”的层面，而是深入探讨了漩涡的本质、演化规律以及其在宇宙万物中的普遍性。我尤其着迷于书中对不同尺度下涡动力学现象的描述。从微观尺度下，那些在纳米材料制造或生物体内发生的微小涡旋，到宏观尺度下，星系形成过程中的巨大涡旋结构，作者似乎都在试图建立一种贯穿始终的联系。这让我不禁思考，我们是否能够通过理解和操纵这些涡动力学原理，来解决一些现实世界中的难题？例如，在环境保护领域，如何更有效地处理污染物扩散，如何优化风力涡轮机的设计以提高能量捕获效率？书中是否会探讨一些前沿的研究进展，比如在航空航天工程中，如何通过理解和利用翼尖涡来减少阻力，提高飞行器的性能？我非常好奇，这本书在介绍这些复杂的科学概念时，是否会辅以大量的图表和实例，帮助我这个非专业读者更好地理解？它会不会像一本优秀的科普读物一样，能够激发我的思考，让我产生“原来是这样！”的顿悟时刻？我对《Vortex Dynamics》的期待，是能够让我窥见科学研究的前沿，并从中获得关于如何利用自然规律解决实际问题的灵感。

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当我在书店的推荐书架上看到《Vortex Dynamics》这本书时，我的第一反应是“这本书似乎有点技术性”。我并非物理学专业背景，所以我的期望是这本书能够以一种相对容易理解的方式，介绍涡动力学这个相对高深的领域。我希望这本书能够从最基础的物理概念出发，例如力的平衡、动量守恒等，来解释涡是如何形成的。我希望它能够提供大量的图解和示意图，来帮助我理解那些抽象的流体运动过程。我特别希望了解，在实际应用中，涡动力学有哪些重要的体现？例如，在航空工程中，如何利用涡来提高飞机的升力？在海洋工程中，如何利用涡来设计更有效的波浪能转换装置？书中是否会介绍一些成功的案例研究，让我能够直观地感受到涡动力学在工程实践中的价值？我期望《Vortex Dynamics》能够让我不仅仅是了解涡的理论，更能看到它在现实世界中的应用，从而激发我对相关领域的兴趣。我希望这本书能够成为我打开涡动力学这扇大门的一把钥匙，让我能够感受到科学的严谨与优雅。

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我一直对大自然中那些看似无序却又暗藏规律的现象感到着迷，而“涡”无疑是其中最引人注目的表现形式之一。从宏观的宇宙星系到微观的细胞内流动，似乎处处可见涡的存在。因此，当我在书架上看到《Vortex Dynamics》这本书时，我毫不犹豫地想要深入了解。我期望这本书能够为我揭示涡的形成机制，它们是如何产生、发展和相互作用的。我好奇书中是否会深入探讨那些在极端条件下形成的涡，例如超音速气流中的激波与涡的耦合，或者高温等离子体中的磁化涡。我希望作者能够用生动形象的语言，解释那些复杂的数学模型和物理概念，让我能够真正理解涡的内在动力学。我期待这本书能够拓宽我的视野，让我看到涡在各个科学领域中的重要性，无论是天体物理学中的星系形成，还是生物医学中的血液流动，亦或是大气科学中的天气变化。我希望《Vortex Dynamics》能够成为我探索科学奥秘的一次精彩旅程。

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我是一个对物理学充满好奇但又缺乏专业背景的读者。当我看到《Vortex Dynamics》这个书名时，我立刻被吸引住了。我对“涡”这个概念并不陌生，它常常出现在关于天气、海洋甚至艺术作品的讨论中。但我总觉得，自己对涡的理解还停留在非常表面的层面。我希望这本书能够像一位耐心的老师，带领我一步步深入了解涡动力学的世界。我期望书中能够解释清楚涡是如何形成的，它的运动规律是怎样的，以及不同类型的涡之间有何区别。我特别想知道，书中是否会探讨涡在能量传递和动量守恒中的作用。例如，在宇宙尺度上，星系的形成是否与涡的动力学有关？在日常生活中，我们看到的漩涡，又蕴含着怎样的物理原理？我希望《Vortex Dynamics》能够用通俗易懂的语言，辅以精美的插图，将那些复杂的概念变得生动有趣。我期待这本书能让我对自然界中的涡现象有一个更深刻、更全面的认识。

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当我在书店的角落里偶然瞥见《Vortex Dynamics》这个名字时，一种莫名的吸引力就将我牢牢锁定。封面简洁却又充满张力，仿佛预示着一场关于流体运动深邃奥秘的探索即将展开。我本身并非科班出身的物理学专业人士，只是一个对自然现象充满好奇心的普通读者，常常在观察水流、云朵的变幻时，不禁思考其背后的规律。我一直觉得，那些我们习以为常的日常景象，往往蕴含着最令人惊叹的科学原理。而“Vortex Dynamics”这个词组，本身就带着一种神秘而又强大的能量感，让我联想到风暴的呼啸，漩涡的旋转，以及那些看不见的，却深刻影响着我们世界的动力学过程。我期待这本书能够用一种既严谨又不失趣味的方式，为我揭开这些现象的面纱。我希望能从中了解，为什么一些水流会形成漩涡，这些漩涡的形成机制是什么？它们又在自然界中扮演着怎样的角色？是仅仅是视觉上的奇观，还是有着更深层的物理意义？这本书是否会涉及那些我们可能在天气预报中听到的“低压涡旋”或者“高压涡旋”？它们与我们日常生活中的风力发电、海洋洋流又有着怎样的联系？我对这本《Vortex Dynamics》的期待，更像是一场知识的探险，渴望借由这本书的引导，去理解那些宏观的自然现象背后，那些微观的，却又极为重要的动力学原理。我希望它不会是一本枯燥乏味、充斥着晦涩公式的教科书，而是能以一种引人入胜的叙事，将复杂的科学概念变得易于理解，让我能够真正体会到科学的魅力，并从中获得知识的启迪。

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在我看来，“Vortex Dynamics”这个书名本身就充满了力量感和神秘感，让我忍不住想要一探究竟。我常常在观察生活中各种旋转的现象时，思考它们背后的原理，比如盘子里快速旋转的沙拉，或者是在浴缸里放水时形成的漩涡。我希望《Vortex Dynamics》能够为我揭示这些现象的普遍性和它们所遵循的深刻的物理规律。我期待这本书能够从宏观到微观，带领我认识不同尺度下的涡动力学现象，比如气象学中的台风，或者生物工程中微流控器件内的涡。我希望作者能够用一种引人入胜的方式，解释涡的形成、演化以及其在能量和动量输运中的作用。书中是否会涉及一些关于数值模拟和实验观测方法的介绍，让我了解科学家们是如何研究这些复杂系统的？我希望《Vortex Dynamics》能够不仅仅是知识的传授，更能激起我探索未知的好奇心，让我看到科学的无限可能。

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我对于“Vortex Dynamics”这个主题，充满了既好奇又有点畏惧的复杂心情。好奇是因为，我总觉得“涡”这种旋转的动力学现象，在自然界中扮演着极为重要的角色，从大气环流到海洋洋流，再到星系的形成，似乎都有它的身影。但畏惧是因为，我知道流体力学本身就是一个非常复杂的领域，而涡动力学更是其中的难点之一。我希望《Vortex Dynamics》这本书能够找到一种恰到好处的平衡点，既能深入探讨涡的本质和规律，又能以一种让非专业读者也能理解的方式呈现。我期望书中能够解释清楚涡的产生、发展以及消散的机制，并且能够提供一些关于涡结构、涡的相互作用以及涡在能量和动量传递中的作用的详细阐述。我尤其希望了解，书中是否会介绍一些关于涡在不同学科领域的应用，例如在气象预测、环境污染控制、或者甚至在生物医学中的应用。我期待《Vortex Dynamics》能够像一本精心制作的纪录片一样，将那些抽象的科学概念转化为生动有趣的画面和故事，让我能够真正领略到涡动力学的魅力。

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这本书主要针对无粘流。

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