Implicit Large Eddy Simulation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Cambridge University Press

作者:Grinstein, Fenando F. (EDT)/ Margolin, Len G. (EDT)/ Rider, William (EDT)

出品人:

页数:578

译者:

出版时间:2007-10-11

价格:GBP 93.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521869829

丛书系列:

图书标签:

计算流体力学
湍流
LES
隐式方法
数值模拟
工程应用
科学计算
流体动力学
数值分析
模拟仿真

下载链接在页面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 复制链接

想要找书就要到小美书屋

book.quotespace.org

立刻按 ctrl+D收藏本页

你会得到大惊喜!!

具体描述

The numerical simulation of turbulent flows is a subject of great practical importance to scientists and engineers. The difficulty in achieving predictive simulations is perhaps best illustrated by the wide range of approaches that have been developed and are still being used by the turbulence modeling community. In this book the authors describe one of these approaches, Implicit Large Eddy Simulation (ILES). ILES is a relatively new approach that combines generality and computational efficiency with documented success in many areas of complex fluid flow. This book synthesizes the theoretical basis of the ILES methodology and reviews its accomplishments. ILES pioneers and lead researchers combine here their experience to present a comprehensive description of the methodology. This book should be of fundamental interest to graduate students, basic research scientists, as well as professionals involved in the design and analysis of complex turbulent flows.

湍流模拟的前沿探索：计算流体力学中的高级格子玻尔兹曼方法简介本书深入探讨了计算流体力学（CFD）领域中一种日益重要的建模范式——格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）。LBM 并非传统基于纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的连续介质模型，而是从微观的、基于玻尔兹曼输运方程的动力学出发，通过离散化和格子结构来模拟宏观流体行为的数值技术。本书旨在为研究人员、工程师和高阶学生提供一个全面且深入的指南，涵盖 LBM 的理论基础、核心算法、高级应用及其在复杂流体力学问题中的优势与局限性。本书的重点在于展示 LBM 如何高效地处理传统 CFD 方法在网格生成、边界条件处理以及多相流和多组分流模拟中遇到的挑战。我们将详细剖析 LBM 的数学根基，特别是如何在格子空间中重构出准确的宏观流体动力学方程，并着重介绍如何通过修改碰撞模型和弛豫时间来精确控制流体的输运特性。第一部分：LBM 的理论基石与基本框架第一章：从玻尔兹曼方程到格子模型本章首先回顾经典玻尔兹曼方程（Boltzmann Equation）及其在统计力学中的地位。我们阐释了如何通过查普曼-恩斯科格（Chapman-Enskog）展开来从玻尔兹曼方程推导出标准的宏观流体力学方程，即粘性牛顿流体的纳维-斯托克斯方程。随后，我们将核心注意力转向离散化过程：如何将连续的相空间（位置和速度）映射到有限的、离散的格子点上。我们详细介绍了标准的两点分布函数（Two-Momentum Distribution Function）模型，即 D2Q9（二维九速）和 D3Q19（三维十九速）模型，并解释了它们在各向同性（Isotropic）和守恒性质上的重要性。第二章：LBM 的核心：离散碰撞与流体输运本章深入探讨 LBM 的两个关键步骤：碰撞（Collision）和流体（Streaming）。我们聚焦于 Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) 模型，解释其作为一阶近似碰撞算子的原理，以及弛豫时间 $ au$ 如何直接关联到流体的运动粘度。我们对 BGK 模型进行了严格的数学分析，展示了它是如何通过泰勒展开在宏观尺度上恢复纳维-斯托克斯方程的。此外，本章还将介绍更精确的离散化方法，例如离散速度模型（Discrete Velocity Models, DVM）和能量守恒的考虑。我们还将讨论如何通过引入多弛豫时间（Multiple Relaxation Time, MRT）模型来提升模型的稳定性和对流体特性的更精细控制，特别是针对高雷诺数流动。第三章：边界条件与周期性在数值模拟中，边界条件的准确实现是至关重要的。本章专门讨论了 LBM 中常见边界的处理策略。我们将详细分析： 1. 周期性边界（Periodic Boundaries）：在规则几何体上的简化处理。 2. 壁面边界（Wall Boundaries）：介绍 Zou/He 方法和 Guo 方法在处理不可滑移（No-slip）和特定速度条件时的机制与差异。我们将分析这些方法如何保证动量和质量的局部守恒。 3. 速度入口与压力出口（Inlet/Outlet）：讨论如何设计边界条件以最小化数值反射和确保流场稳定。第二部分：高级算法与多物理场耦合第四章：处理高雷诺数流动：亚格子模型（Sub-Grid Scale Modeling）对于高雷诺数流动，传统的 LBM 难以直接解析亚格子尺度的湍流效应，因为其格子分辨率的要求过高。本章探讨 LBM 如何与亚格子模型相结合。我们将重点介绍： 1. LBM 与 Smagorinsky 模型的集成：阐述如何将基于应力张量的模型嵌入到 LBM 的碰撞阶段，以模拟雷诺应力。 2. 各向异性与弛豫时间调整：探讨如何利用 MRT 模型中对不同速度模态的独立松弛控制，间接实现对湍流耗散的模拟。第五章：多相流模拟：界面捕捉与相互作用 LBM 在处理复杂界面流体方面表现出天然的优势。本章专注于多相流（Multiphase Flow）的模拟技术，包括： 1. 相位场方法（Phase-Field Method）与 LBM 的耦合：介绍如何利用扩散相场方程来描述相界面演化，并将其与 LBM 的流体动力学求解器耦合。 2. Shan-Chen 模型与扩展：深入分析 Shan-Chen (SC) 模型及其变体，解释其如何通过引入一个额外的相互作用项来模拟分子间引力或斥力，从而实现液-气界面、液滴合并与破碎的模拟。我们将详细讨论该模型在密度分离和界面张力精确性方面的改进。第六章：多孔介质与固体耦合模拟对于渗透性流体和流固耦合问题，LBM 提供了高效的解决方案。 1. 多孔介质中的 LBM：介绍如何将固体骨架信息（如孔隙率和渗透率）映射到 LBM 的格子结构中。我们将分析 Darcy 尺度下的宏观等效性，以及 LBM 如何处理复杂的非结构化多孔介质。 2. 流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）：讨论如何利用 LBM 的快速迭代特性，将其与有限元方法（FEM）或边界元方法（BEM）相结合，模拟流体对弹性结构的驱动作用，例如在生物医学工程和风力涡轮机叶片中的应用。第三部分：高级应用与性能优化第七章：热传导与对流传热本章扩展 LBM 至能量传递问题。我们将介绍扩展的 LBM 框架，其中引入额外的分布函数来描述温度或能量密度。 1. 能量方程的离散化：探讨如何通过求解扩散方程（代表热传导）和对流项的耦合来模拟温度场。 2. 浮力驱动的流动（Boussinesq 近似）：解释如何将密度变化（由温度引起）通过体积力项引入到动量方程中，实现自然对流（如 Rayleigh-Bénard 对流）的精确模拟。第八章：LBM 的数值稳定性与高性能计算尽管 LBM 在处理复杂几何方面表现出色，但在模拟高雷诺数或高密度对比度问题时，其稳定性仍然是一个挑战。 1. 稳定性分析：深入探究 CFL 条件和弛豫时间对稳定性的限制，并介绍如何通过选择更宽泛的 $ au$ 范围来提升稳定性。 2. 并行化策略： LBM 的本地化特性使其非常适合并行计算。本章将详细讨论基于域分解的并行化技术，并介绍如何在 GPU 或大规模 CPU 集群上实现高效的内存管理和通信策略，以处理数万亿自由度（Degrees of Freedom）的模拟问题。结论本书的最终目标是使读者能够自信地选择、实现和优化 LBM 求解器来应对实际工程和科学挑战。通过对理论的透彻理解和对高级模型的深入剖析，读者将掌握超越传统 CFD 方法的强大工具集，特别是在处理复杂的流体界面、非均质介质以及需要高计算效率的瞬态问题时。LBM 代表了计算流体力学建模范式的重要演变，本书正是通往这一前沿领域的权威指南。