Large Eddy Simulation for Incompressible Flows pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Sagaut, Pierre

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:

价格:919.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9783540263449

丛书系列:

图书标签:

• 计算流体力学
• 湍流
• LES
• 大涡模拟
• 不可压缩流体
• 数值方法
• 工程应用
• 流体动力学
• 模拟
• 湍流模型

湍流的精确模拟：从理论基础到复杂工程应用 图书名称： 《湍流的精确模拟：从理论基础到复杂工程应用》 图书简介： 本书深入探讨了现代计算流体力学（CFD）领域中，针对复杂湍流现象进行高精度数值模拟的关键理论、方法与实际应用。我们专注于那些传统平均化方法（如RANS）难以准确捕捉的瞬态、非定常湍流结构，尤其是在高雷诺数流动、涉及复杂几何边界或强旋涡运动的工程问题中。本书旨在为研究生、研究人员以及需要进行前沿湍流建模的工程师提供一套系统、深入的理论框架和实用的技术指南。 第一部分：湍流建模的演进与挑战 第一章：湍流本质的回顾与现代CFD的需求 本章首先回顾了经典湍流理论的基础，包括纳维-斯托克斯方程（N-S方程）在描述湍流中的内在困难——即时间尺度和空间尺度的巨大跨度。我们详细分析了湍流的统计特性，如雷诺应力、涡量输运，并强调了在航空航天、能源、环境工程等领域中，对瞬态、三维湍流结构信息日益增长的需求。这直接引出了对更高保真度模拟方法的探索。 第二章：从雷诺平均到大涡模拟（LES）的理论过渡 本章对主流的湍流模型进行了批判性回顾。我们首先梳理了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的适用范围和局限性，重点讨论了湍流闭合问题的本质。随后，我们引入了尺度分离的概念，详细阐述了如何通过滤波操作将N-S方程转化为描述可解析大尺度涡量和亚格子尺度（SGS）湍流的模型方程。本章为后续对高保真模拟方法的深入学习奠定了坚实的理论基础。 第二部分：高保真数值模拟方法论 第三章：高分辨率空间离散技术 在进行高保真模拟时，空间离散方法的精度至关重要。本章深入研究了几种先进的空间离散格式，它们在捕捉高梯度区域和解析高频波动方面表现出色。 高阶有限差分法（High-Order Finite Difference）： 重点讨论了紧致格式（Compact Schemes）在处理周期性边界条件和提高计算效率方面的优势。 谱方法与伪谱法（Spectral Methods and Pseudospectral Methods）： 详细分析了傅里叶、切比雪夫等谱方法的收敛特性，以及它们在模拟具有清晰尺度结构的二维和三维湍流中的应用，包括如何有效处理非线性项（如对流项）的计算。 高阶有限体积法（High-Order Finite Volume）： 探讨了诸如WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory）格式在处理激波、接触间断等非光滑流动区域时的鲁棒性和高精度。 第四章：时间推进与耦合算法 本章关注于如何稳定、高效地推进求解非定常的湍流流动。 时间积分方案的稳定性与精度： 对比分析了隐式、显式及半隐式时间步进方法的特点，特别关注了在求解对流项主导的方程时，如何选择合适的积分阶数以平衡精度和计算成本。 压力-速度耦合算法： 针对不可压缩流动，详细阐述了投影法（Projection Methods）和迭代耦合方法（如SIMPLE家族的改进型）在保证质量守恒和解耦压力场中的具体实现细节和计算效率的比较。 第五章：亚格子尺度（SGS）建模的深度解析 SGS模型是高保真模拟中平衡计算资源与物理准确性的关键。本章超越了基础的Smagorinsky模型。 动态模型（Dynamic Models）： 详细介绍了动态Smagorinsky模型和动态混合模型（Dynamic Mixed Model）的构建原理，即如何通过数据驱动的方式在局部网格内确定模型系数，从而显著提高预测能力。 基于尺度的SGS模型： 探讨了使用滤波网格或非均匀网格时，如何修正传统SGS模型以保持其物理基础的合理性。 混合RANS/LES方法（DES, IDDES）： 讨论了将SGS与RANS模型相结合的混合方法，重点分析了模型在壁面附近区域如何平滑过渡，以适应复杂边界层流动的需求。 第三部分：复杂几何与工程应用中的挑战 第六章：边界处理与网格生成 在实际工程问题中，流动往往发生在复杂的固体结构周围。本章聚焦于如何在高保真模拟中有效地处理几何边界。 非结构化网格上的高精度格式： 探讨了在三角形、四面体或多面体网格上实现高阶空间精度（三阶或更高）的技术挑战与解决方案。 移动边界与变形网格（Overset Grids）： 针对涉及运动部件（如旋转机械叶片、车辆运动）的问题，详细介绍了笛卡尔网格与结构网格的嵌套技术（Overset/Chimera技术）及其数据插值策略。 壁面处理策略： 深入分析了全解析（Wall-Resolved）与壁面函数（Wall-Function）在LES框架下的适用性差异，并介绍了粘性层内部的网格划分策略。 第七章：多物理场耦合与反应流 现代工程问题常常伴随能量、物质传递或化学反应。本章扩展了湍流模拟的范围。 热传输与浮力驱动流： 讨论了在求解能量方程时，如何准确捕捉湍流对热量扩散的影响，特别是自然对流和强迫对流的相互作用。 可压缩效应与激波捕捉： 在高马赫数流动中，湍流与激波的相互作用是关键。本章分析了在强可压缩流中，如何使用适当的激波捕捉格式来保持湍流模拟的稳定性，并研究激波对下游湍流结构的影响。 稀疏和密集反应流的数值模拟： 介绍了将湍流模型与化学动力学模型（如EDC模型或详细化学机制）耦合的方法，重点关注湍流对抗火焰传播速度和污染物生成的调控作用。 第八章：数据后处理、验证与不确定性量化（UQ） 高保真模拟产生海量瞬态数据，有效处理和评估这些数据是至关重要的。 先进的瞬态数据分析技术： 介绍如何使用基于涡量、螺旋度（Helicity）和模态分解技术（如Proper Orthogonal Decomposition, POD）来提取流动中的关键物理结构和低维动力学。 模拟结果的验证与基准测试： 强调了与实验测量（如PIV, 热线风速计）进行直接对比的重要性，并系统介绍了标准基准问题的求解标准。 计算不确定性量化（UQ）： 探讨了如何通过概率方法（如蒙特卡洛模拟）评估输入参数（如边界条件、模型系数）的不确定性如何传播到最终的输出结果中，为工程决策提供可靠性评估。 本书通过严谨的数学推导、清晰的算法描述以及丰富的案例分析，旨在帮助读者掌握驾驭复杂湍流现象的最新计算工具和科学方法。

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历时2个月总算是看完了这本大书。 首先，就书的定位而言，这不是一本入门书，更像是一本方法集，所以构建知识体系这个目的通过这本书可能实现不了。 相比之前看的《Turbulence Modeling for CFD》，本书作者的写作控制力就略逊一筹了，所以看起来有点虎头蛇尾，阅读体验不是很好。 由于LES并没有真正走向工程化，所以相关的著作比较少。那批搞尖端技术的研究者又没有多少人愿意真的写一本通俗化的入门教材，所以做LES的人真是路漫漫其修远兮呀。 说到入门，张兆顺老师的书确实值得一读。但是结合我个人的经验，那本书的作用不是什么帮助筑基的九阳神功，而更像是四处碰壁、积累经验之后发挥作用的盗墓笔记，让你知道，哦哦，原来这个东西，前辈们是这么理解的。 但是，真知毕竟还是要自己去体悟。

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