Handbook of Numerical Heat Transfer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Murthy, Jayathi (EDT)/ Sparrow, E. M. (EDT)/ Murthy, J. Y. (EDT)

出品人:

页数:984

译者:

出版时间:2006-3

价格:1853.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471348788

丛书系列:

图书标签:

• 数值传热
• 传热学
• 热传递
• 计算流体力学
• 工程热物理
• 数值方法
• 传热分析
• 流体流动
• 热传导
• 对流传热

《计算流体力学与传热传质高级主题》 导言 本书旨在深入探讨计算流体力学（CFD）与传热传质（HTM）领域的前沿技术和复杂应用。不同于侧重基础理论和标准数值方法的教材，本书聚焦于那些在现代工程和科学研究中至关重要的、具有挑战性的高级主题。我们假定读者已具备扎实的数值分析基础、偏微分方程知识，并对基本的有限体积法（FVM）或有限元法（FEM）有所了解。本书的结构设计，旨在弥合理论知识与实际复杂问题求解之间的鸿沟，重点关注非标准建模、高级离散化技术、多物理场耦合以及现代高性能计算（HPC）的应用。 第一部分：高级离散化技术与数值稳定性 第一章：高阶空间离散化方法 本章详细介绍了超越传统二阶精度方法的数值格式，以应对高梯度流动和复杂几何中的数值耗散问题。内容涵盖了紧密耦合的有限体积方法（FVM）与有限差分方法（FDM）的高阶扩展，特别是紧凑型（Compact）格式的应用，例如紧凑型加权本质无振荡（Compact WENO）方案。我们对离散算子进行严格的截断误差分析，并探讨其在非结构化网格上的实现挑战，特别是在处理壁面边界层和冲击波等区域的精度保持问题。同时，介绍了基于谱方法的离散化策略及其在特定网格结构上的优势与局限性。 第二章：时间积分与非定常流动模拟 针对瞬态（Unsteady）问题的精确时间积分至关重要。本章首先回顾了对流-扩散方程的经典隐式与显式时间步进方法（如向后欧拉、Crank-Nicolson）。核心内容转向了高阶Runge-Kutta方法的改进，特别是应用于耦合系统的时域分解和非分解策略。对于强迫振荡或高频现象的捕捉，我们深入分析了代数多重网格（AMG）与时间步进的耦合稳定性限制，并引入了基于不动点迭代和预条件子的亚迭代方案，以在保证精度的前提下，有效控制时间步长选择的敏感性。 第三章：数值不稳定性分析与处理 模拟的收敛性与稳定性是复杂问题求解的基石。本章侧重于对数密度梯度、非线性对流项和高斯对流（Advection-Dominant Flows）引起的数值不稳定性进行深入诊断。我们探讨了Von Neumann稳定性分析在复杂边界条件下的扩展应用。针对震荡和非物理解的出现，本章详细介绍了现代人工耗散技术，包括基于局部流场特征的粘性项导数重构（Flux-Limiting Schemes），以及动态网格细化（Dynamic Mesh Refinement, DMR）在抑制局部不稳定性中的作用。 第二部分：多物理场耦合与复杂介质建模 第四章：多孔介质传热传质的宏观与介观模型 本章专注于流体动力学、传热和物质扩散在多孔介质中的相互作用。宏观层面，我们审视了达西定律（Darcy's Law）在高孔隙度梯度和高雷诺数下的修正（如Forchheimer方程）。传热方面，重点分析了双温模型（Two-Temperature Model）在描述颗粒相与流体相热交换中的适用性，以及通过体积平均技术（Volume Averaging Technique, VAT）推导出的有效导热系数模型。介观尺度则引入了随机行走模型（Random Walk Models）来捕捉颗粒间相互作用对传质过程的影响。 第五章：相变与界面动力学模拟 相变过程（如蒸发、凝固、沸腾）是传热传质研究的热点与难点。本章系统阐述了处理动态界面的数值方法。我们对比分析了相场法（Phase Field Method, PFM）在处理复杂界面张力与化学势梯度下的优势，以及移动网格技术（如ALE）在跟踪界面运动时的挑战。特别地，针对快速相变引起的非等温、非等压条件下的质量守恒和能量守恒的精确耦合，提出了基于特征线法的半解析处理策略。 第六章：辐射传热与流体动力学的耦合 在高温环境或稀疏介质中，辐射换热不可忽视。本章探讨了在非均匀介质中，辐射能量传输与流体流动和对流换热的耦合求解。我们深入讲解了离散坐标法（Discrete Ordinates Method, DOM）和蒙特卡洛法（Monte Carlo Method, MCM）在高维辐射传输方程（RTE）求解中的应用。重点讨论了各向异性散射介质和复杂几何体之间的辐射交换计算，以及辐射热源项对Navier-Stokes方程求解的迭代收敛性的影响。 第三部分：先进计算技术与应用 第七章：网格生成与自适应网格技术 网格质量直接决定了模拟的准确性与效率。本章超越了简单的结构化网格生成，专注于处理高度复杂的三维几何。详细介绍了基于四面体和多面体网格的先进生成技术，如泊松方程方法（Poisson Equation Methods）和拉普拉斯平滑技术在优化网格正交性上的应用。重点内容是自适应网格细化（Adaptive Mesh Refinement, AMR）的动态实现，包括基于误差估计的网格判据（如梯度或残差指标）和高效的网格重构算法。 第八章：湍流建模的进阶理论与应用 本章不局限于传统的$k-epsilon$模型，而是深入研究高精度湍流模拟的策略。我们详细分析了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的局限性，并重点介绍了大涡模拟（LES）中的次网格尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的演进，包括动态Smagorinsky模型和基于能量耗散率的模型。对于需要高保真度的场合，本章简要介绍了直接数值模拟（DNS）在捕捉非线性湍流动力学中的计算需求和网格要求。 第九章：高性能计算与并行化策略 现代CFD/HTM问题往往需要求解包含数亿自由度的方程组。本章探讨了大规模问题的并行计算策略。详细分析了域分解技术（Domain Decomposition）在求解器层面（如预条件子的构造）和网格层面（如非重叠与重叠划分）的应用。我们讨论了MPI（Message Passing Interface）与OpenMP在不同硬件架构（CPU/GPU）上的混合编程模型，并着重介绍了求解稀疏线性系统（Sparse Linear System）的高效预条件子技术，如多层Krylov子空间方法和图形处理器（GPU）上的并行稀疏矩阵运算优化。 结论与展望 本书最后总结了当前CFD/HTM研究面临的未决挑战，特别是多尺度、多物理场系统在实时或准实时计算中的需求，并展望了基于机器学习（Machine Learning, ML）的混合建模方法在加速物理过程预测和辅助网格优化方面的潜力。本书旨在为研究生、研究人员和高级工程师提供一个坚实的、面向前沿问题的理论与实践工具箱。

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