Computational Fluid Dynamics with Moving Boundaries (Dover Books on Engineering) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Dover Publications

作者:Wei Shyy

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2007-02-27

价格:USD 17.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780486458908

丛书系列:

图书标签:

• Modeling
• Computational
• 藏书
• 物理學
• 流体力学
• 待读完
• 作者签名
• Computational Fluid Dynamics
• Moving Boundary Problems
• Fluid Mechanics
• Numerical Methods
• Engineering Fluid Dynamics
• Dover Books
• Applied Mathematics
• Heat Transfer
• Boundary Element Method
• Partial Differential Equations

好的，这是一份关于一本名为《Computational Fluid Dynamics with Moving Boundaries (Dover Books on Engineering)》的图书的详细简介，该简介不包含原书的任何具体内容，而是基于该书名可能涵盖的主题领域，构建一个引人入胜且详尽的虚构图书简介。 --- 书名：流体力学计算方法与移动边界（Dover工程学著作系列） 作者：[此处填写虚构作者姓名] 页数：[此处填写虚构页数] 出版社：Dover Publications ISBN：[此处填写虚构ISBN] 导言：驾驭复杂流动的艺术与科学 在现代工程学、物理学乃至生物医学领域，对流体运动的精确预测与理解是推动创新的基石。从航空航天器在复杂气流中的性能评估，到微流控芯片中液体的精确输运，再到海洋结构物受波浪载荷时的动态响应，流体动力学问题往往伴随着显著的几何非线性和边界条件的动态变化。传统基于固定网格的数值模拟方法在处理这些问题时往往显得力不从心。 《流体力学计算方法与移动边界》深入探讨了处理计算流体力学（CFD）中最具挑战性的一类问题——即流体域边界随时间发生显著位移、变形或移动的场景。本书旨在为高级本科生、研究生、研究人员以及工业界的专业工程师提供一套全面、系统且具有高度实践指导意义的理论框架与数值技术。它不仅仅是一本理论专著，更是一份指导读者如何构建健壮、高效、保真度高的移动边界CFD求解器的实用手册。 第一部分：理论基础与挑战的界定 本书的开篇部分奠定了理解移动边界问题的必要理论基础，并详细剖析了此类模拟所固有的数值难题。 1. 经典CFD回顾与移动边界问题的引入 我们首先简要回顾了纳维-斯托克斯方程的数值求解的经典方法，包括有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在处理守恒律方面的优势与局限。随后，我们将焦点转向移动边界对求解过程的冲击：网格畸变、网格重构的代价、以及清晰界定流体与固体界面的困难。 2. 运动学与几何描述 为了有效地描述移动边界，精确的几何建模至关重要。本章详细介绍了描述物体运动的数学工具，包括欧拉角、四元数以及更先进的参数化表面描述技术。重点讨论了如何将边界的真实运动转化为对计算域的描述，并探讨了如何量化和控制网格质量在运动过程中的退化。 3. 动量守恒与信息传递 在运动的参考系中，动量方程的表达形式发生了变化。本书详细推导了适用于移动框架的动量守恒方程，并强调了在瞬态模拟中，动量、能量和质量的准确耦合与信息传递机制。特别关注了处理界面条件（如无滑移条件或自由面条件）时，如何保证数值解的稳定性和物理合理性。 第二部分：核心数值策略——网格适应性与重构 处理移动边界的核心在于如何有效地管理计算网格。本书对目前主流的几种策略进行了深入的剖析和比较。 4. 浸入式边界法（IBM）的深度解析 浸入式边界法（Immersed Boundary Method）是处理复杂或剧烈运动边界的强大工具。本章从理论上阐述了IBM如何通过引入“虚拟力”或“拉格朗日标记点”来将固体边界信息“浸入”到固定的欧拉网格中。我们详细分析了不同类型的核函数（Kernel Functions）对求解精度和计算效率的影响，并提供了实际案例中应用IBM的参数选择指南。 5. 网格变形与重构技术 对于变形平缓或运动速度较慢的边界，基于变形网格的方法仍然具有高精度和高效率的优势。本节细致讲解了基于拉格朗日节点运动的网格光滑技术，例如弹簧模型和椭圆方程驱动的网格重构。更重要的是，本书为读者提供了何时必须进行“网格重构”（即销毁旧网格并生成新网格）的决策标准，并介绍了高效的网格插值技术，以最小化重构过程中的计算误差。 6. 切片与界面追踪方法 针对自由表面流（如波浪、液滴飞溅）问题，追踪流体与周围介质的界面至关重要。本章详细介绍了水平集方法（Level Set Method）在界面保持和拓扑变化处理方面的优势，并对比了体积体积法（Volume of Fluid, VOF）在保证质量守恒方面的精确性。重点讨论了如何将这些界面追踪技术与移动边界的全局运动描述相结合。 第三部分：高级应用与高性能计算 本书的后半部分转向了更具挑战性的实际应用，并探讨了如何利用现代计算资源来应对超大规模的移动边界模拟。 7. 湍流模型在动态系统中的适用性 在实际工程问题中，流动往往是湍流的。本章评估了RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）模型在移动边界情况下的性能。我们探讨了湍流粘性在动态界面附近如何被修正，并介绍了LES（大涡模拟）和DNS（直接数值模拟）在解析边界层分离和再附着过程中的具体数值实现细节。 8. 多物理场耦合：流固耦合（FSI） 移动边界问题的最高境界是流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）。本节详细介绍了单向和双向FSI的求解框架。我们讨论了在交界面上实现数据交换和同步的策略，包括时间步长的匹配、力映射与位移映射的数值稳定性。大量篇幅用于讲解如何设计鲁棒的迭代求解器来避免FSI模拟中的“刚性振荡”问题。 9. 高性能计算与并行化策略 移动边界模拟的计算成本通常非常高昂。本书最后一部分聚焦于如何将这些复杂的算法移植到高性能计算（HPC）架构上。内容包括域分解技术在移动网格上的应用、并行数据结构的设计，以及如何利用GPU加速特定计算密集型子程序（如网格插值或界面力计算）。 结语：面向未来的数值模拟 《流体力学计算方法与移动边界》旨在提供一个全面的视角，使读者不仅能够掌握现有技术的精髓，更能够识别未来研究的方向。通过对理论基础的严谨阐述和对前沿数值方法的深入剖析，本书将成为任何希望在动态流体现象模拟领域取得突破的研究人员和工程师不可或缺的参考指南。掌握这些技术，意味着能够更准确地预测和优化涉及剧烈运动流体的下一代工程系统。 ---

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

**评价二** 这本书就像一位经验老到的导师，耐心地引导我一步步解开计算流体动力学的奥秘，尤其是在处理那些动态变化、形状不规则的边界问题时，作者展现出的深刻洞察力和严谨的逻辑思维令人叹为观止。我一直对流体与运动物体之间的相互作用感到好奇，例如船舶在水中的航行，鸟类在空气中的飞翔，或者更微观的细胞在体液中的运动，这些现象背后都涉及复杂的边界条件变化。而这本书，则为我提供了解决这些挑战的强大工具箱。作者并没有简单地罗列数值方法，而是深入探讨了每种方法的数学原理、优缺点以及在实际工程问题中的应用考量。他详细阐述了如何将复杂的几何信息映射到离散的计算网格上，以及如何处理网格本身的变形和重构，这些都是实现高精度模拟的关键。我印象深刻的是作者对于“网格自由”方法的介绍，如光滑粒子流体动力学（SPH），这在处理自由表面流、破碎波等问题上展现出巨大的优势。同时，对于传统的基于网格的方法，如有限体积法和有限差分法，在处理移动边界时的技巧和改进，也进行了详尽的解析。这本书不仅仅停留在算法层面，更注重培养读者的物理直觉和工程判断力。作者在解释每个概念时，总是能够联系实际的物理现象，使得枯燥的公式变得生动形象。例如，他在讲解粘性效应和湍流模型时，会结合具体的工程案例，让我能够更深刻地理解这些理论在实际应用中的意义。对于我这样的初学者而言，这本书提供了坚实的理论基础和清晰的实践指导，让我能够自信地 tackling 那些曾经让我头疼的计算流体动力学问题。

评分☆☆☆☆☆

**评价十** 这本书给我带来了前所未有的启示，它以一种极其精妙的方式，揭示了计算流体动力学中处理移动边界的深刻奥秘。作者的讲解充满了智慧和洞察力，他不仅仅是介绍了各种数值算法，更重要的是，他引导我深入理解了这些算法背后的物理原理和数学本质。我一直在寻求一种能够准确模拟流体与运动物体之间复杂相互作用的方法，而这本书提供的解决方案，从浸入边界法（IBM）的各种变种，到光滑粒子流体动力学（SPH）等网格无关方法，都让我耳目一新。作者对不同方法的优劣势分析非常到位，并结合了大量的工程实例，让我能够清晰地理解在何种情况下选择何种方法最为合适。我印象深刻的是他对边界条件处理的详尽阐述，这对于获得高精度模拟结果至关重要。书中还涉及了一些更高级的主题，如自适应网格加密技术在处理移动边界时的应用，以及如何将这些技术与机器学习方法相结合，这无疑为未来的研究方向提供了新的思路。这本书不是那种一本就能轻松读完的书，它需要读者投入时间和精力去钻研，去思考，但回报是巨大的。它不仅仅是一本技术书籍，更是一本能够激发我不断探索和创新的源泉。

评分☆☆☆☆☆

**评价一** 一本真正能够点燃思维火花的著作，读完之后，仿佛打开了一扇通往流体动力学新世界的大门。作者以一种极其精妙的方式，将抽象的数学概念与逼真的工程应用巧妙地融合在一起。那些曾经让我望而却步的复杂方程，在这里仿佛都被赋予了生命，变得可以理解，甚至充满了艺术的美感。特别是在处理移动边界这个核心难题时，作者并没有止步于理论的堆砌，而是深入浅出地介绍了多种行之有效的数值方法，比如浸入边界法（IBM）和光滑力方法（SPH）等，并辅以大量的图示和伪代码，让我能够清晰地把握每种方法的精髓及其适用场景。这本书的伟大之处还在于其严谨的逻辑结构，从最基础的 Navier-Stokes 方程的推导，到高阶精度差分格式的构建，再到并行计算的策略，每一步都衔接得天衣无缝，层层递进，让读者在不知不觉中构建起坚实的理论基础。我尤其欣赏作者对于物理背景的深入剖析，他不仅仅是给出了数学模型，更强调了这些模型与实际物理现象之间的联系，例如在生物流体力学、微流控等领域的应用案例，都极大地拓宽了我的视野，激发了我对未来研究方向的思考。虽然作为一本技术书籍，它需要读者具备一定的数学和编程基础，但作者的引导作用却是无可替代的，他成功地将原本枯燥的理论转化为生动的故事，让我每读一页都充满了探索的乐趣。这本书绝对是任何想要深入理解计算流体动力学，特别是对那些需要处理复杂几何和变形边界问题的工程师和研究人员的必备宝典，它的价值远超其价格本身，是那种能够被反复阅读、从中汲取源源不断灵感的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

**评价七** 这本书是计算流体动力学领域中一颗璀璨的明珠，尤其是在处理移动边界这一极具挑战性的问题上，作者的贡献是无可估量的。作者以一种极其严谨而又充满启发性的方式，将复杂的数学理论和精密的数值算法融为一体。我一直在寻求一种能够准确模拟流体与变形物体相互作用的方法，而这本书为我提供了最理想的解决方案。它详细介绍了多种主流的移动边界处理技术，例如虚拟粒子方法、松散网格方法以及基于标记粒子的方法，并对其数学基础、算法实现和数值稳定性进行了深入的探讨。我尤其欣赏作者对浸入边界法（IBM）的详尽阐述，他不仅解释了其核心思想，还详细介绍了如何处理边界处的间断性，以及如何提高数值精度。书中还涉及了如何将移动边界技术与湍流模型、多相流模型等高级CFD技术相结合，这极大地拓展了我对CFD应用边界的认知。作者的写作风格清晰流畅，他善于通过形象的比喻和生动的图示来解释抽象的数学概念，使得即使是初学者也能够相对容易地掌握其中的精髓。这本书不仅仅是一本技术手册，它更是一本能够激发读者思考，培养创新能力，并最终能够解决实际工程问题的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

**评价六** 这本书就像一位循循善诱的老师，带领我一步步走进了计算流体动力学中处理移动边界的精彩世界。作者以一种非常清晰和有条理的方式，阐述了这一领域的核心概念和关键技术。我印象最深刻的是他对不同数值方法的细致对比和分析，从传统的有限差分和有限体积方法在处理移动边界时的挑战，到诸如浸入边界法（IBM）和光滑粒子流体动力学（SPH）等新兴方法的优势，作者都进行了深入浅出的介绍。他不仅仅是讲解了算法的原理，更重要的是，他强调了这些方法在实际工程应用中的表现，以及在精度、稳定性和计算效率方面的权衡。书中大量的伪代码和算法流程图，极大地降低了理解门槛，让我在阅读的同时，就能初步掌握如何实现这些算法。我尤其赞赏作者对物理背景的重视，他不会仅仅停留在数学层面，而是深入探讨了各种物理现象，如涡旋动力学、传热传质等，是如何与移动边界相互作用的。例如，在讨论生物流体力学中的细胞运动时，他会详细解释细胞膜的形变如何影响周围流体的流动，以及如何利用CFD技术来模拟这些过程。这本书不仅为我提供了解决技术难题的工具，更重要的是，它培养了我对复杂流体现象进行系统性分析和建模的能力。

评分☆☆☆☆☆

**评价四** 这是一本真正能够激发思考的书籍，它不仅提供了解决计算流体动力学移动边界问题的技术方案，更引导我深入理解问题的本质。作者的讲解方式非常独特，他并没有一开始就陷入复杂的数学公式，而是从物理直觉出发，逐步引导读者理解问题的根源。在处理移动边界这一核心挑战时，他巧妙地引入了各种数值方法，并详细解释了它们的原理和适用范围。我尤其欣赏他对浸入边界法（IBM）的讲解，他通过生动的例子，将抽象的数学概念转化为直观的物理过程，让我能够深刻理解如何将边界上的力作用映射到流体域内部。同时，他对于光滑力方法（SPH）的介绍，也让我看到了在网格无关的模拟中处理复杂边界的巨大潜力。这本书的伟大之处还在于其对工程应用的重视，作者列举了大量实际案例，例如生物医学工程中的血液流动模拟，航空航天领域的飞行器外形变化，以及海洋工程中的波浪传播等。这些案例不仅展示了CFD技术的强大能力，也为我提供了解决类似问题的灵感。书中对于数值精度和稳定性的探讨也非常深入，他分析了不同离散格式在处理移动边界时的优缺点，并给出了如何优化数值 schemes 的建议。读完这本书，我感觉自己对流体动力学的理解上了一个新的台阶，不仅掌握了解决移动边界问题的技术，更培养了对复杂工程问题进行建模和分析的能力。

评分☆☆☆☆☆

**评价八** 这本书为我打开了一扇全新的计算流体动力学之门，尤其是在处理那些边界不断变化、几何形状复杂的流体问题时，我从未遇到过如此系统而深入的指导。作者以一种引人入胜的方式，将移动边界处理的核心思想和关键技术娓娓道来。我尤其欣赏他对不同数值方法的详细对比，从传统的网格方法在处理大形变时的局限性，到诸如浸入边界法（IBM）、光滑粒子流体动力学（SPH）等网格自由或半自由方法的优势，作者都进行了深入的剖析。他不仅仅是介绍算法的原理，更重要的是，他关注了这些方法在实际工程应用中的表现，比如在航空航天、生物医学和海洋工程等领域的案例，这些都极大地开阔了我的视野。书中对数值精度和稳定性的讨论也非常到位，作者分析了在移动边界问题中可能出现的各种数值误差，并提出了有效的解决方法。我印象深刻的是他对如何精确地施加边界条件的探讨，这对于获得可靠的模拟结果至关重要。这本书的伟大之处在于它不仅提供了技术指导，更重要的是，它培养了我解决复杂工程问题的系统性思维。读完这本书，我感觉自己已经具备了应对各种移动边界流体模拟挑战的能力。

评分☆☆☆☆☆

**评价九** 作为一名在计算流体动力学领域摸索多年的研究者，我一直深感移动边界处理技术的重要性，而这本书正是我的“解渴之泉”。作者以一种非常独特而又极其严谨的视角，深入剖析了这一复杂领域。他不仅仅是罗列了各种数值方法，而是从物理和数学的根本出发，解释了为什么这些方法能够有效应对移动边界带来的挑战。我对书中对浸入边界法（IBM）的细致讲解尤为欣赏，作者详细阐述了如何将边界信息“注入”到流体域中，以及如何处理由此带来的数学上的不连续性。同时，他对于诸如拉格朗日-欧拉方法、标记粒子法等其他主流技术的介绍，也帮助我构建了一个更加全面的知识体系。书中大量的数学推导和算法分析，虽然需要读者具备一定的数学功底，但作者的清晰逻辑和层层递进的讲解方式，使得这些内容变得易于理解。我尤其赞赏作者在书中对如何处理高雷诺数流动、湍流边界层以及多相流等复杂情况时，移动边界技术所扮演的角色。这本书不是一本浅尝辄止的概览，而是一本真正能够帮助读者深入理解问题的本质，并掌握解决实际工程问题的核心技术的宝典。

评分☆☆☆☆☆

**评价五** 这本书犹如一位经验丰富的设计师，为我揭示了计算流体动力学中处理移动边界的艺术。作者以一种非常引人入胜的方式，将那些通常被认为枯燥抽象的数学理论，转化成了能够指导实际工程实践的有力工具。在书中，我找到了对各种数值方法的深刻洞察，特别是对于那些能够灵活适应几何变化的算法，例如虚拟边界法和动网格技术，作者都进行了细致入微的阐述。他不仅仅是提供了方法的介绍，更深入地分析了这些方法在处理复杂边界条件时的优劣势，以及如何通过巧妙的数学处理来克服数值上的困难。我特别欣赏作者在书中对物理现象的细致描绘，他总是能够将抽象的数值计算与具体的物理过程联系起来，例如在处理表面张力、粘附力等复杂边界力时，他会详细阐述这些力如何影响流体的行为，以及如何在数值模型中准确地加以体现。书中大量的图示和表格，为我理解复杂的概念提供了极大的帮助，让我能够更直观地把握算法的执行过程。对于我这样的工程技术人员来说，这本书的价值在于它提供了一种系统性的思考方式，让我能够根据具体的工程问题，选择最合适的数值方法，并对其进行优化和改进。它不仅仅是一本技术手册，更是一本能够启发思维，激发创新灵感的著作。

评分☆☆☆☆☆

**评价三** 这本书的内容深度和广度令人印象深刻，它像一位博学的智者，将计算流体动力学领域最前沿的移动边界处理技术娓娓道来。对于我而言，最大的挑战一直是如何在数值模拟中准确地捕捉和追踪那些不断变化的流体界面。这本书提供了系统性的解决方案，从数学模型的建立，到数值算法的设计，再到高效实现的策略，都进行了详尽的阐述。作者对各种数值方法的深入剖析，让我对浸入边界法（IBM）的各种变种及其在不同物理场景下的适用性有了更清晰的认识。他不仅仅是介绍了核心思想，更是探讨了如何处理边界处的精度损失、数值稳定性问题以及如何与现有流体求解器进行有效的耦合。让我感到尤为惊喜的是，书中对网格变形和网格重构技术的讨论，这对于处理大形变问题至关重要，作者提供了多种实用的算法，并且对它们的计算效率和准确性进行了权衡分析。此外，书中还涉及了一些更高级的主题，如多相流的模拟，以及如何在移动边界问题中引入湍流模型。这些内容极大地拓展了我对CFD应用的认知边界。虽然书中包含大量的数学推导和算法细节，但作者的写作风格清晰流畅，善于用图示和简化模型来辅助理解，使得即使是复杂的概念也能够相对容易地掌握。这本书不是那种一蹴而就的速成指南，而是需要读者静下心来，深入思考，反复实践的宝贵财富。它为我提供了一个坚实的理论框架，以及解决实际工程问题的有力工具。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆