Numerical Computation of Internal and External Flows pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Charles Hirsch

出品人:

页数:680

译者:

出版时间:2007-7

价格:674.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780750665940

丛书系列:

图书标签:

• 计算流体力学
• 数值方法
• 内流
• 外流
• 传热
• 有限体积法
• 有限差分法
• 湍流模型
• CFD
• 流体动力学

计算流体力学核心原理与前沿应用 本书旨在为读者提供一个全面、深入且具有实践指导意义的计算流体力学（CFD）领域导论与进阶指南。 本书不侧重于单一的、特定工程问题（如内部或外部流动的精确数值求解），而是聚焦于支撑所有CFD模拟的基本理论框架、核心算法机制以及面向实际应用的建模哲学。 第一部分：流体力学基础与离散化理论的基石 本书的首章将系统回顾流体力学（Fluid Mechanics）的经典理论，为后续的数值计算打下坚实的物理基础。我们将重点阐述纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）的推导过程，强调其在描述粘性流体运动中的核心地位，并深入探讨牛顿流体与非牛顿流体在数学模型上的差异。 随后，本书将进入CFD方法的理论核心——偏微分方程（PDEs）的离散化。我们详细剖析了将连续的物理方程转化为可解的代数方程组的必要性与挑战。内容涵盖： 1. 欧拉法（Eulerian）与拉格朗日法（Lagrangian）：两种基本描述方法的对比及其在不同物理问题中的适用性。 2. 空间离散化技术： 有限差分法 (FDM)：详细介绍泰勒级数展开在构建高阶精度差分格式中的应用，并讨论边界条件离散化的敏感性。 有限体积法 (FVM)：侧重于其基于守恒律的特性，阐述如何通过通量平衡来保证质量、动量和能量在控制体积上的精确守恒，这是现代商业CFD软件中最常用的方法。 有限元法 (FEM)：介绍形函数（Shape Functions）的构建，以及在处理复杂几何和非结构化网格时的优势与挑战。 第二部分：求解器架构与压力-速度耦合 数值求解的效率和稳定性，在很大程度上取决于压力场与速度场耦合算法的选择。本部分是本书的理论核心之一，详细解构了求解不可压缩流体（或低速可压缩流体）的关键技术。 1. 压力修正方程的推导：深入分析了PISO (Pressure Implicit Splitting Operator)、SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations) 及其变体（如SIMPLEC, SIMPLEX）的迭代逻辑。我们将着重分析压力泊松方程（Pressure Poisson Equation, PPE）的构建，以及它如何桥接连续方程中的速度散度与压力梯度。 2. 时间离散化策略： 隐式与显式方法：对比分析Crank-Nicholson、向后欧拉（Backward Euler）等时间步进方案的稳定性和计算成本。特别讨论了CFL条件在显式方法中的严格限制，以及隐式方法在处理高时间分辨率问题时的优势。 3. 线性代数方程组的求解：在离散化后，我们面对的是庞大的稀疏线性系统。本书将专门介绍高效求解器，包括迭代法（如共轭梯度法、GMRES）和预处理器（Preconditioners）的设计哲学，以确保大规模问题的收敛性。 第三部分：湍流建模：从雷诺平均到大涡模拟的桥梁 湍流是流体力学中最具挑战性的领域。本书将系统介绍描述湍流运动的各种模型，侧重于如何将这些模型融入到纳维-斯托克斯方程的求解框架中。 1. 雷诺平均纳维-斯托克斯方程 (RANS)：详细介绍雷诺应力项的引入，并深入探讨代数湍流模型（如零方程模型）和一方程/两方程湍流模型（如$k-epsilon$, $k-omega$模型）。重点讨论不同模型的物理假设、各自的适用范围以及在近壁面处理上的差异（壁面函数与低雷诺数修正）。 2. 分离性与非分离性模拟：介绍大涡模拟 (LES) 的基本原理，即通过滤波操作分离可解析的大尺度涡流和需要建模的小尺度涡流。讨论亚格子尺度 (Subgrid Scale, SGS) 模型的构建，例如Smagorinsky模型。 3. 混合方法与模型选择的工程哲学：讨论如何根据工程需求（精度要求、计算资源）来合理选择RANS、LES或DNS（直接数值模拟）的计算策略，并探讨混合RANS/LES方法的最新发展趋势。 第四部分：网格生成、质量控制与后处理分析 数值计算的成功在很大程度上依赖于输入数据的质量——即计算网格。本部分关注网格生成技术以及计算结果的可靠性评估。 1. 网格生成技术：介绍结构化网格、非结构化网格（如四面体、多面体网格）的生成方法，并强调网格质量指标（如正交性、纵横比）对数值误差的影响。 2. 数值误差分析：系统阐述截断误差与舍入误差的来源，并介绍网格收敛性研究 (Grid Convergence Index, GCI) 的标准流程，以量化计算结果的离散误差。 3. 后处理与数据可视化：讨论如何从大规模的数值数据集中提取有意义的物理量，包括流线、涡量、压力梯度可视化，以及如何利用统计方法（如频谱分析）处理瞬态数据。 总结与展望 本书强调，计算流体力学的核心能力在于对物理模型、数值方法和计算架构三者的深刻理解和灵活运用。通过对这些基础理论的扎实掌握，读者将能够独立评估和改进任何现有的CFD求解器，并为开发更先进的模拟技术打下坚实基础。

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在老师很屎的情况下自救手册，但是似乎一辈子也不会从事相关的事情，选课失败????

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在课程老师的引导下啃的，当时糊里糊涂，但现在似乎有点感到当时老师说的“现在你们晕乎，以后得感谢我”的节奏

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Excellent。希望volume2赶快出。

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