The Lattice Boltzmann Equation

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出版者:Oxford Univ Pr
作者:Succi, Sauro
出品人:
页数:308
译者:
出版时间:2001-8
价格:$ 169.50
装帧:HRD
isbn号码:9780198503989
丛书系列:
图书标签:
  • LBM
  • 流体力学
  • 数学
  • 计算流体力学
  • Lattice Boltzmann方法
  • 数值模拟
  • 物理建模
  • 科学计算
  • 工程应用
  • 流体动力学
  • 多尺度方法
  • 算法
  • 数值分析
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具体描述

In recent years, stylized forms of the Boltzmann equation, now going by the name of "Lattice Boltzmann equation" (LBE), have emerged, which relinquish most mathematical complexities of the true Boltzmann equation without sacrificing physical fidelity in the description of many situations involving complex fluid motion. This book provides the first detailed survey of LBE theory and its major applications to date. Accessible to a broad audience of scientists dealing with complex system dynamics, the book also portrays future developments in allied areas of science (material science, biology etc.) where fluid motion plays a distinguished role.

现代流体力学计算方法的革新:格子玻尔兹曼方法(LBM)的理论与应用 本书简介: 本著作旨在深入探讨和系统阐述近年来在计算流体力学(CFD)领域引起巨大反响的一套革命性数值方法——格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)。本书将彻底摆脱对传统宏观纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, NS)方程求解范式的依赖,转而从介观的玻尔兹曼输运方程出发,通过巧妙的离散化和演化过程,构建出高效、稳定且易于并行化的计算框架。 本书的结构设计旨在为读者提供一个从基础理论到前沿应用的完整知识体系。我们首先会追溯LBM的理论起源,深入解析其数学基础,特别是它与分子动力学(MD)和动理学理论的内在联系。随后,我们将详尽介绍LBM的核心算法—— Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) 近似及其更精细的多松弛时间(MRT)模型。通过清晰的数学推导,读者将掌握如何从介观的演化方程精确地恢复出宏观的连续性方程和动量方程,并理解LBM在特定物理条件下(如低马赫数、不可压缩流体模拟)的物理有效性。 本书的重点章节将聚焦于LBM在复杂几何结构和多相流体模拟中的应用潜力。我们将详细阐述多重网格(Multiple Relaxation Time, MRT)方法如何显著改善模型的稳定性,特别是在处理高对比度密度或粘度差异的流体系统时。此外,对于多相流体的模拟,本书将介绍相场方法(Phase-Field)与LBM的耦合技术,以及自由能格子玻尔兹曼方法(Free-Energy LBM)在精确捕捉界面动力学、表面张力和润湿行为方面的优势。这些技术使得LBM能够无缝处理液-气、液-液以及固-流界面问题,这在传统CFD方法中往往需要复杂的网格重构或界面追踪技术。 在多孔介质流动的模拟方面,本书将提供详尽的案例研究。我们将展示如何利用LBM的本质优势——对几何形状的内在适应性——来精确模拟流体在复杂孔隙网络中的渗透、扩散和反应过程。这包括对达西定律(Darcy's Law)的微观验证、非牛顿流体在多孔介质中的流动行为分析,以及颗粒填充床的传热传质问题。 针对工程应用,本书将深入探讨LBM在固体变形与流固耦合(FSI)问题中的应用。我们将介绍浸入式边界法(Immersed Boundary Method, IBM)或格子运动模型如何与LBM相结合,实现对运动边界、柔性结构变形的有效追踪和作用力反馈。这对于模拟血管内的血液流动、翼型振动或搅拌反应器内的颗粒运动具有极其重要的意义。 计算效率和并行化是LBM得以迅速发展的关键。本书的专门章节将剖析LBM算法的内在并行性,并介绍如何利用现代GPU架构(如CUDA/OpenCL)和大规模并行处理器(HPC集群)来实现高效的计算加速。我们将提供关于域分解技术和负载平衡在LBM应用中的具体策略,确保读者能够将理论转化为实际的高性能计算代码。 最后,本书将展望LBM的未来发展方向,包括其在湍流模拟(如大涡模拟LES的LBM实现)、非平衡态热力学以及与机器学习相结合以加速复杂系统求解的潜力。 本书内容严谨、论证充分,配有大量的数学公式推导、算法流程图和经过验证的算例结果。它不仅是计算流体力学、物理建模专业研究人员和工程师的权威参考书,也是高年级本科生和研究生学习前沿数值方法不可或缺的教材。通过阅读本书,读者将完全掌握LBM这一强大工具,并能够将其应用于解决当前科学研究和工程实践中最具挑战性的流体动力学问题。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的书名——《The Lattice Boltzmann Equation》,光是听到这个名字,就有一种扑面而来的严谨科学感,仿佛打开了一扇通往微观世界奥秘的大门。我并不是物理学或计算科学领域的专业人士,更多的是一位怀揣好奇心的爱好者,希望借由这本书,能够更深入地理解那些塑造我们世界的底层规律。在拿到这本书之前,我曾尝试阅读过一些关于流体动力学的科普读物,但往往在深入的数学推导和复杂的模型面前望而却步。因此,我特别期待《The Lattice Boltzmann Equation》能够以一种既深刻又易于理解的方式,带领我领略LBM的精妙之处。我设想,这本书应该会从LBM的基本原理讲起,解释它如何从微观粒子的碰撞和输运过程,巧妙地推导出宏观的Navier-Stokes方程,从而解决复杂的流体问题。我期盼着能够看到作者如何用清晰的语言和生动的例子,揭示LBM相较于传统数值方法的独特优势,比如在处理复杂几何边界、多相流、多孔介质等问题时的灵活性和高效性。我尤其感兴趣的是,这本书是否会包含一些LBM在不同学科领域中的实际应用案例。比如,在生物医学领域,LBM是否被用于模拟血液流动、药物输送;在环境科学领域,它又如何帮助我们理解污染物扩散、天气预测;甚至在材料科学中,它是否能够辅助设计新型材料。我希望作者能够通过这些生动的案例,让我真切地感受到LBM的强大生命力,并激发我进一步探索其在未知领域的潜力。此外,我也期待书中能够提供一些关于LBM算法实现和优化的指导。虽然我可能不会亲手编写复杂的LBM代码,但理解其算法的实现细节,将有助于我更深刻地理解其物理意义和计算成本。这本书的书名本身就充满了一种数学之美与物理直觉的融合,我想作者一定在其中倾注了大量的思考和心血,我迫不及待地想一探究竟。

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单凭《The Lattice Boltzmann Equation》这个书名,我就能感受到一种别样的魅力,它承诺的是一种不同于传统数值方法(如有限差分、有限体积)的独特视角来理解和模拟流体动力学。我一直对那些能够从基本粒子行为出发,涌现出宏观复杂现象的理论模型情有独钟,而LBM正是这样的典范。我相信这本书的核心在于阐述LBM如何通过模拟介观尺度的粒子碰撞和迁移,来重现宏观流体的Navier-Stokes方程所描述的物理规律。我热切期待书中能够详细介绍LBM的数学框架,包括离散速度空间、碰撞过程的数学描述(如BGK近似、多松弛时间模型等),以及如何从这些微观的演化规则中推导出宏观方程。我尤其感兴趣的是,LBM在处理一些传统方法难以胜任的复杂边界条件和介质(例如,具有不规则形状的物体表面,或者微观多孔结构)时,是如何表现出其卓越的适应性和鲁棒性的。我设想,书中可能会包含一些关于LBM算法的具体实现细节,比如如何进行离散化,如何处理碰撞和流步,以及如何并行化以加速计算。这些技术细节对于我理解LBM的实际可行性至关重要。此外,我还希望这本书能够深入探讨LBM在不同应用领域的拓展,从基础的层流和湍流模拟,到更复杂的耦合问题,如传热、多相流、化学反应等。能够看到LBM如何巧妙地被应用于解决实际工程和科学问题,将极大地增强我对这项技术的信心和兴趣。这本书的名字,本身就如同一个精巧的数学结构,我期待它能够带领我一步步解构其中的奥秘。

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《The Lattice Boltzmann Equation》——仅仅是书名,就足以唤起我对计算流体力学领域深层奥秘的好奇心。它暗示着一种与传统数值方法截然不同的路径,一种从微观粒子行为的“涌现”来理解宏观流体动力学的方式。我渴望通过这本书,能够深入理解LBM的核心理念。我期待书中能够详尽阐述LBM是如何从离散的粒子模型出发,通过对粒子速度和碰撞的模拟,最终推导出宏观流体的动力学方程。我希望能看到关于不同离散速度模型(例如D2Q9, D3Q19等)的解释,以及各种碰撞算子(如BGK、MRT)的数学推导和物理意义。我尤其关注LBM在处理复杂物理场景时的能力,特别是那些对传统方法构成挑战的问题,例如在多相流、多孔介质流、或者具有复杂几何边界的流动模拟中。我设想书中会提供一些关于LBM算法实现的关键细节,例如如何进行数值离散化、如何有效地处理边界条件、以及如何通过并行计算来加速模拟过程。这些技术性的内容对于我理解LBM的实际应用价值至关重要。此外,我非常希望这本书能够介绍LBM在各个科学和工程领域中的最新进展和前沿应用。例如,它如何被用于生物医学研究(如血液流动模拟)、环境科学(如大气或海洋环流建模)、或者材料科学(如微观结构分析)等。通过这些具体的案例,我希望能更深刻地认识到LBM的强大潜力和应用前景。这本书的名字,就如同一个精心设计的数学结构,我期待它能够引导我逐步解锁其中的智慧。

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《The Lattice Boltzmann Equation》——这个书名,对我而言,仿佛是一扇通往计算流体力学前沿的神秘之门,它预示着一种不同寻常的洞察力和强大的计算能力。我一直对那些能够从微观层面捕捉物理规律,并最终涌现出宏观复杂现象的理论模型充满着浓厚的兴趣,而LBM正是这样一种引人入胜的模型。我热切期待这本书能够以一种严谨而不失启发性的方式,为我揭示LBM的精妙之处。我相信,它会从LBM最基本也是最核心的组成部分——格子(lattice)和粒子的碰撞(Boltzmann)——出发,详细阐述如何构建一个描述流体行为的数学框架。我非常希望书中能够深入地解释LBM的推导过程,特别是它如何巧妙地将离散的速度模型与玻尔兹曼方程联系起来,并通过迭代的碰撞和流步过程,逐步模拟出流体的宏观动力学。我尤其看重LBM在处理复杂边界条件和几何形状时的优势。许多传统的数值方法在处理不规则形状的物体、多孔介质或者自由表面时会遇到巨大的挑战,而LBM似乎提供了一种更自然、更鲁棒的解决方案。我希望通过书中具体的例子和图示,能够直观地理解LBM是如何克服这些困难的。此外,我非常期待书中能够展示LBM在不同领域的广泛应用,从基础的层流和湍流模拟,到更复杂的耦合问题,如传热、多相流、化学反应等。通过这些生动的案例,我希望能更直观地感受到LBM的强大能力,并激发我进一步探索其在未知领域的应用潜力。这本书的名字,就如同一个精巧的数学谜题,我期待它能够带领我逐步解开其中的奥秘,并领略其在模拟自然界复杂现象中的强大力量。

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这本书的标题——《The Lattice Boltzmann Equation》,在我眼中,不仅仅是一个书名,更像是一个召唤,邀请我去探索计算流体力学领域中一个强大且富有前景的工具。作为一个对物理现象背后的数学模型有着浓厚兴趣的读者,我被LBM独特的介观视角深深吸引。它没有直接求解宏观方程,而是从离散粒子在格子上的运动和碰撞出发,通过统计平均的方式重构宏观的流体行为。这种“自下而上”的建模方式,在我看来,蕴含着一种深刻的物理洞察力。我希望这本书能够详尽地阐述LBM的核心思想,比如离散速度模型、碰撞模型(如BGK模型)的推导过程,以及它们如何与玻尔兹曼方程的离散化形式相联系。我对LBM在处理复杂物理场景时的能力尤为好奇,例如,如何利用LBM模拟具有复杂界面的多相流,或者在多孔介质中流体的渗透行为。许多传统的数值方法在这些问题上会遇到巨大的挑战,而LBM似乎提供了一种更优雅的解决方案。我期待书中能够提供一些具体的算法细节,例如如何构建计算网格,如何实现边界条件的处理,以及如何进行并行计算以提高效率。我相信,一本优秀的著作不仅要讲解理论,更要引导读者动手实践。如果书中能提供一些算法伪代码或者参考实现,那将是莫大的福音。此外,我非常想了解LBM的局限性和发展方向。任何理论和模型都有其适用的范围,了解LBM在哪些情况下会失效,以及当前研究者们正在如何克服这些局限,对于我全面理解这项技术至关重要。这本书的名字,预示着它将是一次深入的探索,我期待它能为我打开一扇新的理解世界的大门。

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《The Lattice Boltzmann Equation》这个书名,在我看来,不仅仅是简单地列出了一个物理方程和其衍生的计算方法,更像是承载了一段关于如何用计算手段模拟自然界最基本运动形式之一——流体运动——的深刻旅程。作为一名对科学研究的跨学科交叉领域充满好奇的业余爱好者,我对LBM独特的建模方式——从离散的粒子在格子上的相互作用出发,构建出宏观流体行为——一直抱有极大的兴趣。我相信,这本书的价值在于它能够将LBM的理论基础、数学推导和实际应用融为一体,为读者提供一个全面而深入的认识。我期待书中能够详细解释LBM模型是如何从玻尔兹曼方程的离散化中产生的,包括各种离散速度模型(DVM)的选取依据,以及碰撞算子(如BGK、MRT等)的物理意义和数学形式。我特别希望能看到LBM如何有效地捕捉流体中的各种物理现象,例如粘性耗散、湍流混合、传热传质等,并且在处理复杂几何形状和边界条件时展现出的优势。对于我这样非专业背景的读者来说,我最希望看到的是书中的讲解能够循序渐进,从最基本的概念入手,逐步深入到更复杂的模型和应用。如果书中能够包含一些实际的案例研究,比如LBM在航空航天、生物医学工程、地球物理学等领域的应用实例,并解释LBM在这些应用中解决的具体问题,那将是非常有启发性的。我希望这本书能够帮助我理解LBM的强大之处,以及它在科学计算和工程模拟领域中的独特地位。

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《The Lattice Boltzmann Equation》这个书名,对于任何对计算科学和流体力学感兴趣的人来说,都具有一种独特的吸引力。它不仅仅是一个方程的名称,更代表了一种全新的、深刻理解和模拟流体行为的方式。我一直对LBM从微观粒子动力学出发,通过统计力学的方法重构宏观流体现象的“自下而上”的建模范式感到着迷。我非常希望这本书能够清晰地解释LBM的基本原理,包括其核心的格子模型、离散速度空间的概念,以及关键的碰撞和流步过程。我期待书中能够详细阐述各种碰撞算子的数学形式及其物理意义,例如BGK模型如何简化复杂的碰撞过程,以及多松弛时间模型如何更好地捕捉流体的多尺度特性。我尤其看重LBM在处理复杂边界条件和几何形状时的灵活性。许多传统的数值方法在处理不规则形状的物体、多孔介质或者自由表面时会面临巨大的挑战,而LBM似乎提供了一种更自然、更鲁棒的解决方案。我希望能通过书中具体的例子和图示,直观地理解LBM是如何克服这些困难的。此外,我对LBM在科学研究和工程应用中的拓展充满期待。我希望书中能够深入探讨LBM在诸如微流控、血液动力学、多相流、湍流模拟以及材料科学等领域的最新进展和成功案例,让我感受到LBM的强大生命力和广泛适用性。这本书的书名,就如同一个精巧的数学谜题,我期待它能够带领我逐步解开其中的奥秘,并领略其在模拟自然界复杂现象中的强大力量。

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《The Lattice Boltzmann Equation》这个书名,对我而言,就像是一张藏宝图的引子,预示着即将展开一段深入探索计算流体力学前沿的旅程。我一直对那些能够从微观层面捕捉物理现象,并最终涌现出宏观复杂行为的理论模型着迷,而LBM正是这样一种令人神往的理论。我期待这本书能够以一种既严谨又不失趣味的方式,为我揭示LBM的精髓。我相信,它会从LBM的基本构建单元——格子(lattice)和粒子的碰撞(Boltzmann)——出发,详细解释如何建立一套能够描述流体行为的数学框架。我非常希望看到书中能够深入阐述LBM的推导过程,特别是它如何巧妙地将离散的速度模型与玻尔兹曼方程联系起来,并通过碰撞和流步过程,逐步模拟出流体的宏观动力学。我尤其看重LBM在处理复杂几何和边界条件时的优势,比如在模拟流体通过复杂管道、多孔介质,或者与复杂结构相互作用时的表现。我希望书中能够通过清晰的图示和详实的数学推导,让我理解LBM如何在这些情况下保持其计算的准确性和稳定性。此外,我非常期待书中能够展示LBM在不同领域的广泛应用,例如在生物流体力学中模拟血液流动,在环境科学中研究污染物扩散,或者在材料科学中分析微观结构内的流体行为。通过这些生动的案例,我希望能更直观地感受到LBM的强大力量和无限潜力。这本书的名字,就蕴含着一种结构化的美感,我期待它能够引领我一步步揭开LBM的神秘面纱。

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《The Lattice Boltzmann Equation》——这个书名,在我看来,不仅仅是一个物理方程的代号,更是指向了一种极具潜力的计算方法,一种能够以全新的视角来审视和模拟流体运动的工具。我一直对那些能够从微观尺度捕捉物理过程,并最终涌现出宏观复杂行为的理论模型深感兴趣,LBM无疑就是其中极具代表性的一种。我希望这本书能够详细地介绍LBM的基本思想,从其介观的视角出发,解释粒子在离散空间中的碰撞和迁移如何能够重现宏观的Navier-Stokes方程所描述的流体行为。我特别期待书中能够深入探讨LBM的数学基础,包括各种离散速度模型的构建,以及不同碰撞算子(如BGK、MRT)的物理意义和数学实现。我非常有兴趣了解LBM在处理复杂边界条件和几何形状时的优势,例如在模拟流体通过不规则管道、多孔介质,或者与复杂结构相互作用时的鲁棒性。我希望书中能够通过清晰的推导和直观的图示,帮助我理解LBM是如何在这种情况下保持其计算的准确性和高效性。此外,我非常期待书中能够展示LBM在不同领域的广泛应用,从基础的流体模拟到更复杂的耦合问题,如传热、化学反应、以及生物流体力学等。通过这些生动的案例,我希望能更直观地感受到LBM的强大能力,并激发我进一步探索其在未知领域的应用潜力。这本书的名字,本身就蕴含着一种结构化的美感,我期待它能够带领我一步步揭开LBM的神秘面纱,并领略其在模拟自然界复杂现象中的强大力量。

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《The Lattice Boltzmann Equation》——这个书名本身就充满了数学的精确性和物理的深刻性。作为一名对计算科学和流体力学交叉领域充满好奇的探索者,我被LBM独特的介观模拟方法深深吸引。它不直接求解宏观的Navier-Stokes方程,而是从离散粒子在格子上的运动和碰撞入手,通过统计平均的方式重构宏观流体的行为。我期待这本书能够以一种深入浅出的方式,详细阐述LBM的核心原理。这包括离散速度模型的选择,碰撞算子的设计(如BGK模型、MRT模型),以及它们如何与玻尔兹曼方程的离散化形式紧密联系。我尤其感兴趣的是,LBM在处理那些传统数值方法难以应对的复杂物理场景时,所展现出的独特优势。例如,在模拟具有复杂几何边界、多相流、多孔介质中的流体流动,以及涉及表面张力、相变等现象时,LBM是否能够提供更简洁、高效的解决方案?我希望书中能够提供一些关于LBM算法的实现细节,包括网格的构建、边界条件的设置、以及并行计算的策略,以便我能够更好地理解其计算机制。此外,我非常期待书中能够包含一些最新的研究进展和前沿应用。了解LBM在诸如生物医学、能源、材料科学等领域的最新成果,将有助于我更全面地认识这项技术的潜力和广阔前景。这本书的名字,本身就如同一个精巧的数学结构,我期待它能够带领我一步步解构其中的奥秘,并领略其在模拟自然界复杂现象中的强大力量。

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One of the must read book in LBM

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LBM经典著作,写的很有激情。开创一个研究方向也是一种“创业”啊

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