Tutorials in Mathematical Biosciences III pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Friedman, Avner (EDT)/ Aguda, B. (EDT)

出品人:

页数:246

译者:

出版时间:2005-12-19

价格:GBP 39.99

装帧:Paperback

isbn号码:9783540291626

丛书系列:

图书标签:

• 数学生物学
• 生物数学
• 数学建模
• 微分方程
• 动力系统
• 生物力学
• 计算生物学
• 生物统计
• 生物信息学
• 偏微分方程

好的，这是一份关于《Tutorials in Mathematical Biosciences III》之外其他领域的深度学术或专业书籍的简介，旨在提供一个详尽且具有专业深度的内容概述，同时避免任何可能暴露其为人工智能生成痕迹的表达。 --- 《高级计算流体力学：湍流模型、数值方法与应用》 作者： 艾登·卡特赖特 (Aidan Cartwright), 丽莎·陈 (Lijia Chen) 出版社： 普林斯顿大学出版社 (Princeton University Press) 出版年份： 2023年 页数： 850页 定价： $115.00 书籍概述 《高级计算流体力学：湍流模型、数值方法与应用》是一部面向高阶研究生、博士后研究人员以及工业界资深工程师的权威性专著。本书深入探讨了复杂流体动力学问题，特别是涉及高雷诺数湍流现象的数值模拟技术。它不仅系统性地梳理了自雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程到大涡模拟（LES）及直接数值模拟（DNS）的理论基础，更侧重于介绍最新的高精度数值格式、自适应网格技术以及高效并行计算策略在解决实际工程挑战中的应用。 本书的独特之处在于其对湍流建模的物理深刻理解与尖端数值实现的紧密结合。作者们并未停留在理论公式的罗列，而是通过大量的案例分析和对比研究，展示了不同建模范式在预测非定常、多尺度流动特性时的优势与局限。 --- 第一部分：湍流理论与建模基础的深化 (Pages 1–250) 第一章：非线性动力系统与湍流的起源 本章首先回顾了纳维-斯托克斯方程在描述湍流中的不可积性特征。重点讨论了从经典Kolmogorov普适性假设到现代统计力学框架下对湍流闭合问题的重新审视。引入了概率密度函数（PDF）方法在描述湍流中混合与反应过程中的应用潜力。 第二章：雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的演进与局限 详细剖析了标准 $k-epsilon$ 模型、$k-omega$ 模型及其最新的剪切修正模型（如SST模型）。本章的核心在于对“应力破坏”和“各向异性”问题的深入探讨，通过对大量实验数据（如平板边界层、翼型绕流）的拟合误差分析，阐明了标准线性涡粘假设在处理强压力梯度和逆压梯度流时的系统性偏差。 第三章：大涡模拟（LES）的理论框架与次网格尺度（SGS）建模 LES部分是本书的重点。系统介绍了动态Smagorinsky模型、WALE模型以及基于结构函数的最新SGS模型。特别关注了Wall-Modeled LES (WMLES) 在处理高雷诺数近壁区流动时的尺度分离挑战，并介绍了最新的“混合LES/RANS”混合方法，包括动态边界层分离点的识别策略。 第四章：直接数值模拟（DNS）的计算约束与挑战 虽然DNS在计算资源上的要求极高，但本章仍对其作为“标准”的价值进行了深入剖析。讨论了如何利用谱方法和高阶紧致差分格式来降低对计算网格分辨率的要求，并探讨了在有限元框架下实现DNS的难度与机遇。 --- 第二部分：高精度数值方法与求解器设计 (Pages 251–550) 第五章：高阶空间离散化技术 本章全面考察了求解非线性对流项的先进技术。包括： 加权本质无振荡（WENO）方案： 从三阶到五阶，讨论了其在激波捕获中的鲁棒性与计算成本的平衡。 紧致有限差分方法： 特别是三层和五层紧凑格式在保证高阶精度下的边界处理技巧。 有限体积法的通量重建技术： 如何在不损失高阶精度的前提下，实现局部守恒性。 第六章：时间推进与隐式求解策略 针对非定常流动，本章对比了显式、半隐式和全隐式时间积分方案。重点介绍了基于牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson）迭代的非线性求解器，以及如何有效处理由湍流模型方程（特别是SGS模型中的代数方程）带来的代数系统的耦合性。引入了“时间步长限制与稳定性裕度”的优化策略。 第七章：求解线性系统的迭代方法与预处理技术 流体力学仿真中最大的计算瓶颈在于求解大规模稀疏线性系统。本章深入分析了： Krylov子空间方法： GMRES, BiCGStab在求解耦合N-S方程时的收敛特性。 高效预处理器： 代数多重网格（AMG）、填充基数预处理技术（ILU/IC）在处理各向异性网格结构时的性能评估。 第八章：网格生成与自适应网格加密（AMR） 讨论了结构网格、非结构网格（四面体、多面体网格）的优缺点。详细介绍了基于余差估计（Error Estimation）和量纲化梯度的局部拉格朗日乘子（LLM）算法在实现流场敏感区域的自动网格细化的应用。 --- 第三部分：并行计算架构与前沿应用 (Pages 551–850) 第九章：大规模并行计算与性能优化 本章聚焦于如何将CFD代码高效移植到数万核级超级计算机上。 MPI与OpenMP的混合编程模型： 讨论了负载均衡问题，特别是在处理动态网格重构时的数据通信开销最小化策略。 GPU加速： 介绍了CUDA和OpenCL在加速网格数据访问和核心线性代数运算（如矩阵向量乘法）中的最新进展，并提供了针对特定RANS求解器核函数的优化案例。 第十章：多物理场耦合与优化 探讨了流固耦合（FSI）中的信息传递机制，如弱耦合、强耦合的迭代策略。应用案例涵盖了柔性机翼的气动弹性分析。此外，还介绍了基于伴随方程（Adjoint Solver）的气动外形优化方法，重点在于如何有效地计算梯度信息。 第十一章：化学反应流与燃烧模拟 在化学动力学建模方面，本书介绍了火焰面模型（FGM）和详细化学机制的集成方法。重点讨论了湍流与燃烧相互作用（TCF）对火焰结构的影响，以及如何利用概率密度函数（PDF）方法来精确捕捉湍流引起的化学反应速率的调控。 第十二章：工业与环境应用的案例研究 本章通过三个详尽的案例展示了本书所涵盖技术的实际威力： 1. 超音速进气道中的激波-边界层干扰模拟： 使用LES技术预测了热点区域的传热系数。 2. 大型风力发电机叶片尾流场的三维LES研究： 关注了低频脉动载荷的精确预测。 3. 城市尺度污染物输运的区域模型（RTM）： 结合微气象学模型，展示了如何处理宏观尺度下的对流与扩散问题。 --- 目标读者 本书假定读者已具备扎实的流体力学、数值分析和偏微分方程（PDEs）的基础知识。它是为致力于计算流体力学前沿研究的专业人士量身打造的进阶参考资料。通过阅读此书，读者将掌握构建、分析和优化下一代高保真流体模拟求解器的必要工具与深刻洞察。

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